一种海底地形智能扫测与自主定位系统

本发明属于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。

背景技术：

1、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。

2、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，本发明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

1、本发明的目的在于提供一种海底地形智能扫测与自主定位系统。

2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、本发明的有益效果在于：

11、1.本发明主要使用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；

12、2.本发明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；

13、3.本发明在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。

技术特征：

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，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。

5.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。

6.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。

7.根据权利要求6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。

技术总结
本发明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。

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
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12