一种海底地形智能扫测与自主定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海底地形智能扫测与自主定位系统，实现AUV对海底地形的全自主智能扫测。本发明专利技术主要包括智能端电子舱、多波束声纳和声速计三部分。智能端电子舱包括多波束测深数据解析模块、海底地形图管理与可导航性认知模块、海底地形扫测路径规划模块、海底地形匹配模块、AUV潜航定位误差修正模块。在绘制海底地形图的同时，通过对海底地形的可导航性认知，智能规划AUV扫测路径，驱动AUV运动控制系统主动修正潜航定位误差，支撑AUV对海底地形的全自主智能扫测。的全自主智能扫测。的全自主智能扫测。

【技术实现步骤摘要】
一种海底地形智能扫测与自主定位系统


[0001]本专利技术属于AUV水下导航与感知领域，具体涉及一种海底地形智能扫测与自主定位系统。

技术介绍

[0002]随着海洋产业不断发展和壮大，水下机器人作为海洋资源开发不可或缺的一把利器，目前已经得到了极大的发展，在水下机器人的关键技术中，水下机器人的定位与感知能力仍然是制约水下机器人发展的关键。在水下环境中，水下机器人的定位方式主要依赖于惯性导航系统，在此基础上结合水声定位系统、地球物理导航系统和地形辅助导航系统等技术，在这种情况下，水下机器人定位受到诸多限制，自主性较差，智能化水平相对较低，难以满足自主海底地形扫测作业的需求。
[0003]海底地形扫测是水下机器人进行水下作业中的一项重要任务，本专利技术针对水下机器人的扫测作业，为提高水下机器人扫测作业的智能化水平和自主性，提出一种海底地形智能扫测与自主定位系统，在扫测过程中，通过对探测到的海底地形进行可导航性分析和认知，在此基础上规划水下机器人扫测路径，并进一步驱动水下机器人运动从而主动修正定位误差，提高水下机器人作业的智能水平，支撑水下机器人对海底地形的全自主智能扫测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种海底地形智能扫测与自主定位系统。
[0005]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
[0006]一种海底地形智能扫测与自主定位系统，包括智能端电子舱、多波束声纳和声速计；多波束声纳安装于智能端电子舱正下方，声速计安装于智能端电子舱侧下方；声速计测量水下声速的值；多波束声纳在AUV运行过程中扫测地形信息；智能端电子舱包括多波束测深数据解析模块、海底地形匹配模块、AUV潜航定位误差修正模块、海底地形图管理与可导航性认知模块、海底地形扫测路径规划模块。
[0007]进一步地，所述多波束测深数据解析模块，实时处理多波束测深脚点信息，实现多波束测深信息滤波与脚点空间归位。
[0008]进一步地，所述海底地形匹配模块，根据多波束测深信息和先验海图信息，通过点云匹配算法，实时输出AUV的航向和位置变化信息。
[0009]进一步地，所述AUV潜航定位误差修正模块，融合惯性导航系统运动信息和地形匹配结果，修正定位信息，实现定位并对定位信息的不确定性进行估计。
[0010]进一步地，所述海底地形图管理与可导航性认知模块，根据海底地形图分辨率，动态划分海底地形空间，序贯延拓构建、组织管理海底地形子图；海底地形预测与插值，认知任意形状的海底地形可导航性，标记海底地形图中可导航区方位。
[0011]进一步地，所述海底地形扫测路径规划模块根据预先下达的AUV扫测区域控制点
坐标，规划控制点合围区域的全覆盖地形扫测路径。
[0012]进一步地，所述AUV潜航定位不确定性超过设定阈值时，进行局部路径规划，根据可导航区方位，回溯到最优方位处的可导航区；潜航定位误差修正完成后重新规划AUV航行路径，驱动AUV回到全局路径上继续航行。
[0013]本专利技术的有益效果在于：
[0014]1.本专利技术主要使用AUV而非船舶执行对海底地形的扫测作业，并且在AUV无需上浮修正潜航定位误差的条件下实现AUV对海底地形的全自主智能扫测；
[0015]2.本专利技术在执行扫测海底地形扫测作业的同时，通过对海底地形的可导航性认知，智能规划AUV扫测路径，驱动AUV运动控制系统主动修正潜航定位误差，以此支撑AUV对海底地形的全自主智能扫测，提高扫测的精度；
[0016]3.本专利技术在AUV距底30
‑
40米条件下，该系统作业扫测效率可达到0.25平方千米/小时，生成0.5米高分辨率海图。
附图说明
[0017]图1是本专利技术海底地形智能扫测与自主定位系统的工作流程图；
[0018]图2是本专利技术海底地形智能扫测与自主定位系统的结构示意图；
[0019]图3是本专利技术海底地形智能扫测与自主定位系统在AUV上的安装示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0021]根据图2，本专利技术海底地形智能扫测与自主定位系统通过AUV搭载，该系统主要包括智能端电子舱、多波束声纳和声速计三部分；其中，多波束声纳安装于智能端电子舱正下方，声速计安装于智能端电子舱侧下方。
[0022]根据图1和图3，海底地形智能扫测与自主定位系统在AUV上的具体安装及工作流程如下：
[0023]声速计提供水下声速的测量值；多波束声纳在AUV运行过程中提供扫测的地形信息；智能端电子舱中多波束测深数据解析模处理声纳数据，实时处理多波束测深脚点信息，实现多波束测深信息滤波与脚点空间归位；海底地形匹配模块根据多波束测深信息和先验海图信息，通过点云匹配算法，实时输出AUV的航向和位置变化信息；AUV潜航定位误差修正模块，融合惯性导航系统运动信息和地形匹配结果，修正定位信息，实现准确的定位并对定位信息的不确定性进行估计；海底地形图管理与可导航性认知模块根据海底地形图分辨率，动态划分海底地形空间，序贯延拓构建、组织管理海底地形子图，具备海底地形预测与插值能力，认知任意形状的海底地形可导航性，标记海底地形图中可导航区方位；海底地形扫测路径规划模块根据预先下达的AUV扫测区域控制点坐标，规划控制点合围区域的全覆盖地形扫测路径，当AUV潜航定位不确定性超过设定阈值时，进行局部路径规划，根据可导航区方位，回溯到最优方位处的可导航区；潜航定位误差修正完成后重新规划AUV航行路径，驱动AUV回到全局路径上继续航行。
[0024]以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底地形智能扫测与自主定位系统，其特征在于：包括智能端电子舱、多波束声纳和声速计；多波束声纳安装于智能端电子舱正下方，声速计安装于智能端电子舱侧下方；声速计测量水下声速的值；多波束声纳在AUV运行过程中扫测地形信息；智能端电子舱包括多波束测深数据解析模块、海底地形匹配模块、AUV潜航定位误差修正模块、海底地形图管理与可导航性认知模块、海底地形扫测路径规划模块。2.根据权利要求1所述的一种海底地形智能扫测与自主定位系统，其特征在于：所述多波束测深数据解析模块，实时处理多波束测深脚点信息，实现多波束测深信息滤波与脚点空间归位。3.根据权利要求1所述的一种海底地形智能扫测与自主定位系统，其特征在于：所述海底地形匹配模块，根据多波束测深信息和先验海图信息，通过点云匹配算法，实时输出AUV的航向和位置变化信息。4.根据权利要求1所述的一种海底地形智能扫测与自主定位系统，其特征在于：所述AUV潜航定位误差修正模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，李晔，马腾，牛伯城，凌宇，曹建，李岳明，张雯轩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：