一种自主水下航行器共享控制系统及方法与流程

本发明涉及水下无人航行器技术领域，尤其是涉及一种自主水下航行器共享控制系统及方法。

背景技术：

自主水下航行器(autonomousunderwatervehicle，auv)通常由auv本体以及安装在本体上的导航系统、控制系统、操纵系统、能源系统、探测系统、安全系统、通信系统及水面系统等子系统构成。

为了达到既定任务或作业目的，传统设计上，auv各子系统之间信息紧密耦合、相互联系，auv各子系统之间与auv控制相关的主要信息流程为：通过水面系统计算机自动规划或手动控制方式设定auv期望航迹，并经过通信系统将所需期望状态发送给auv本体上的控制系统，控制系统可综合指令解析得到的参数、auv当前导航参数、基础控制参数、避障数据等，输入控制算法，进而输出达到所需期望状态的转速舵角参数给操纵系统，auv本体响应并产生直线航行、变深、转向等运动。auv本体状态将作用于导航系统、探测系统，导航系统将融合多源测量数据输出导航参数，导航参数、避障数据等提供给控制系统后，经信息处理并用于auv下一步状态控制。

然而，随着auv的逐渐广泛应用，上述设计暴露出以下问题：

(1)利用auv水面系统设定auv期望航迹并发送给auv本体上的控制系统后，auv将入水开始执行既定航迹，任务期间，很可能不再上浮至水面接收水面系统的指令。由于auv导航系统、探测系统等存在误差，其给出的auv实际导航参数也将存在误差，这将导致auv实际航迹与设定的auv期望航迹之间存在偏差，使得auv航行至非期望的位置。

(2)auv各子系统之间的信息流程及其链路容易受到实时因素的影响，无法灵活调整和控制auv的松耦合模块。

(3)auv集群能够在复杂多变的海洋环境中，通过auv之间的协调与合作，能够共享资源(信息、知识等)来弥补单体auv能力的不足。然而，auv集群控制系统要求容错能力强、集群网络拓扑结构可动态重构，传统设计的auv控制系统或控制流程在系统柔性和鲁棒性方面难以满足auv集群控制要求。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种自主水下航行器共享控制系统及方法，以实现auv各子系统的灵活调整和控制。

本申请的目的还在于提供一种自主水下航行器集群协同控制方法，以使auv控制系统或控制流程满足柔性和鲁棒性方面的要求。

根据本申请的第1方面，一种自主水下航行器(auv)的共享控制系统，所述auv包括本体以及安装在本体上的探测系统、导航系统、通信系统以及控制系统，该共享控制系统分别与探测系统端(a1)、导航与探测系统端(a2)以及通信系统端(b)连接，该共享控制系统包括同步时钟、多个转发模块、存储模块以及共享算法库；

同步时钟与各转发模块及共享算法库连接，其引入auv系统时钟作为同步基准，为转发模块、共享算法库提供时间信息；

所述转发模块包括第一转发模块、第二转发模块以及第三转发模块，第一转发模块连接在探测系统与控制系统之间，用于接收探测系统端输入的探测系统数据，并将数据发送至共享算法库以及存储到存储模块；第二转发模块连接在导航系统、探测系统与控制系统之间，用于接收导航系统数据及探测系统数据，并将数据发送至共享算法库以及存储到存储模块；第三转发模块连接在通信系统与控制系统之间，用于接收通信系统端输入的通信数据、控制系统端反馈的测量数据和状态数据，并将数据发送至共享算法库以及存储到存储模块，以及将共享算法库生成的控制指令发送至通信系统端及控制系统端。

根据第1方面的一些实施方式，所述第一转发模块、第二转发模块具有相同的结构，分别包括依次连接的数据接口模块、数据同步模块、数据解析模块以及数据分类处理模块。

进一步地，所述第一转发模块的数据接口模块分别与探测系统端及控制系统端连接，所述第二转发模块的数据接口模块分别与导航与探测系统端及控制系统端连接，所述数据接口模块用于不同协议的数据接入与实时数据传输转发。

进一步地，该数据接口模块包括一分二共享器，用于将数据分配成两路输出，一路发送到控制系统，另一路发送到数据同步模块。

进一步地，所述数据同步模块与同步时钟连接，用于获取auv系统时钟，并生成数据存储需要的相关时间戳；所述数据解析模块与共享算法库连接，用于调用共享算法，解析数据包，并进行格式化操作；所述数据分类处理模块与存储模块连接，用于对数据进行编码分类处理，并按照任务层级要求进行相应的存储。

根据第1方面的一些实施方式，所述存储模块用于快速存储导航系统端输入的导航系统数据、导航与探测系统端输入的导航系统数据与探测系统数据、通信系统端输入的通信系统数据、控制系统端反馈的测量数据和状态数据以及共享算法库生成的控制指令，并根据接收存储的所有数据中的时间信息，对所有数据进行同步检索，为共享算法库提取与存储数据提供基于时间的索引。

根据本申请的第2方面，一种自主水下航行器(auv)的共享控制系统，所述auv包括本体以及安装在本体上的探测系统、导航系统、通信系统以及控制系统，该共享控制系统与通信系统端(b)连接，该共享控制系统包转发模块以及分别与转发模块连接的同步时钟、存储模块以及共享算法库；

所述同步时钟与转发模块及共享算法库连接，其引入auv系统时钟作为同步基准，为转发模块、共享算法库提供时间信息；

所述转发模块包括：

数据接口模块，分别与通信系统端以及控制系统端连接，包括串口数据接收子模块、网络数据接收子模块以及通信响应开关切换子模块；

第一数据同步模块，通过所述开关切换模块可选择地与串口数据接收子模块或网络数据接收子模块连接；

第二数据同步模块，通过所述开关切换模块可选择地与串口数据接收子模块或网络数据接收子模块连接；

其中，所述第一数据同步模块、第二数据同步模块分别与所述同步时钟连接，用于获取auv系统时钟，并生成数据存储需要的相关时间戳；

数据解析模块，用于数据包解析，并进行格式化操作，其输入端与所述第一数据同步模块连接，输出端与数据分类处理模块连接；

数据分类处理模块，其输出端分别与存储模块、共享算法库连接，用于对数据进行编码分类处理，并按照任务层级要求进行相应的存储；以及

优先级控制模块，其输入端与所述共享算法库连接，输出端与所述第二数据同步模块连接，其根据存储的历史任务清单，对相关任务进行优先级排序，在收到共享算法库下达的任务及相关信息的控制指令后，对任务进行重新排序。

根据第2方面的一些实施方式，所述通信响应开关切换子模块在系统启动时监控接口状态，通过向auv控制系统发送询问命令的反馈信息，决定数据接口模块的通信方式，控制数据接收方式。

根据本申请的第3方面，一种自主水下航行器的共享控制方法，该方法包括如下步骤：

利用共享算法库获取实时导航系统数据和实时探测系统数据，以及从存储模块中提取预定窗口时间内的历史导航系统数据和历史探测系统数据；其中，所述导航系统数据为惯性导航系统(ins)数据，所述探测系统数据为侧扫声纳扫描的海底地形数据；

根据提取的窗口时间t内历史探测系统数据，生成窗口时间t内auv航行经过正下方侧扫声纳的覆盖区域的海底图像，利用共享算法库根据图像进行目标识别，并计算目标特征参数；

在目标上选择包括目标中心位置点以及多个共线位置点的位置点，构建便于多次进行目标识别的综合特征，以确定目标方位及位置；以及

利用共享算法库计算下达根据当前任务进行修正的相关控制指令，发送到优先级控制器，重新规划auv航行路径以对目标进行确认。

进一步地，还包括：当auv多次(至少3次以上)经过同一目标时，利用共享算法估计修正导航误差，计算下达航行路径修正的相关控制指令，发送到优先级控制器，使auv航行路径与规划航迹一致。

根据本申请的第4方面，一种自主水下航行器集群协同控制方法，所述自主水下航行器集群包括多条自主水下航行器(auv)，各auv分别包括多个子系统以及根据所述的共享控制系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：

利用上述共享控制系统与auv通信系统的双工通信链路通信方法，集群中每条auv获取任务相关数据，并保存到存储模块；

任务执行过程中，集群各子节点auv根据各子系统的测量数据以及各auv之间声学相对测量数据，在共享算法库中建立任务执行的判断指标，实时发出修正控制指令。

与现有技术相比，本申请通过解耦传统设计中auv各子系统之间信息紧密耦合、相互联系，将auv主要控制信息流程节点进行链路共享，在不改变原有数据链路下，并行设计了基于代理服务器的智能共享控制系统，达到设备的多端控制与数据转发。

本申请的共享控制系统可以在不影响auv各子系统之间信息已有的紧密耦合、相互联系基础上，嵌入需要改造的传统auv整体系统，使其能够实现自主水下航行器目标识别、集群协同控制、任务实时规划等高级功能，在实时因素影响下，能够灵活调整和控制auv。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有auv各子系统之间与auv控制相关的主要控制信息流示意图；

图2为根据本申请第1实施例的自主水下航行器共享控制系统结构示意图；

图3为根据本申请第1实施例的第一或第二转发模块结构示意图；

图4为根据本申请第1实施例的第三转发模块结构示意图；

图5为根据本申请第2实施例的自主水下航行器共享控制系统结构示意图；

图6优先级控制流程示意图；

图7为获取窗口时间t内ins数据和侧扫声纳扫描的海底地形数据示意图；

图8为根据某窗口时间t内侧扫声纳扫描数据生成的海底图像；

图9为侧扫声纳与auv航行路径之间关系示意图；

图10为自主水下航行器集群协同控制场景示意图；

图11为根据本申请实施方式的自主水下航行器共享控制方法流程示意图；

图12为根据本申请实施方式的自主水下航行器集群协同控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

图1为传统上auv各子系统之间与auv控制相关的主要控制信息流示意图。如图1所示，自主水下航行器(autonomousunderwatervehicle，auv)由本体以及安装在本体上的探测系统、导航系统、控制系统、操纵系统、能源系统、安全系统、通信系统及水面系统等子系统构成，探测系统与导航系统连接，导航系统、通信系统以及操纵系统与控制系统连接，通信系统与水面系统连接。

利用水面系统计算机自动规划或手动控制方式设定auv期望航迹，并经过通信系统将所需期望状态发送给auv本体上的控制系统。控制系统可综合指令解析得到的参数、auv当前导航参数、基础控制参数、避障数据等，输入控制算法，进而输出达到所需期望状态的转速舵角参数给操纵系统。auv本体响应并产生直线航行、变深、转向等运动。auv本体状态将作用于导航系统、探测系统，导航系统将融合多源测量数据输出导航参数，导航参数、避障数据等提供给控制系统后，经信息处理并用于auv下一步状态控制。

根据本申请的一种实施方式，提供了一种自主水下航行器的共享控制系统，该共享控制系统分别与探测系统端a1、导航与探测系统端a2以及通信系统端b连接，以实现auv控制信息的链路共享。在这里，探测系统端a1指探测系统输出端节点，导航与探测系统端a2指分别与探测系统及导航系统输出端连接的节点，通信系统端b指通信系统输入端节点(位于控制系统与通信系统之间)。

第1实施例：

该实施例中，通信系统端b无法获得导航系统数据和探测系统数据。图2示出了根据本申请该实施例的自主水下航行器共享控制系统示意性结构，包括图中的m1和m2两部分。在不影响auv各子系统之间信息已有的紧密耦合、相互联系基础上，将该共享控制系统嵌入原有auv系统中，相当于在原有auv系统之外旁接了一个可以灵活调整和控制auv状态的松耦合系统。

如图2所示，自主水下航行器共享控制系统包括同步时钟、转发模块、存储模块以及共享算法库。该系统通过转发模块实现设备的多端控制与数据转发，所述转发模块将接收到的信息转发给控制系统，在不影响auv各子系统之间信息已有的紧密耦合、相互联系基础上，将本申请的共享控制系统嵌入原有auv整体系统中，使得传统auv系统之外旁接了一个可以灵活调整和控制auv状态的松耦合系统。

(i)同步时钟

同步时钟与各转发模块及共享算法库连接，其引入auv系统时钟作为同步基准，为转发模块、共享算法库提供时间信息。

(ii)转发模块

转发模块用于实现设备的多端控制与数据转发，其将接收到的信息转发给控制系统。所述转发模块可以为多个，各转发模块输出端分别连接存储模块及共享算法库。该实施例中，所述转发模块包括第一转发模块1、第二转发模块2以及第三转发模块3。

第一转发模块1连接在探测系统与控制系统之间(在图1中的a1节点)，用于接收探测系统端输入的探测系统数据。第二转发模块连接在导航系统、探测系统与控制系统之间(在图1中的a2节点)，用于接收导航系统数据(例如导航参数等)及探测系统数据(例如避障数据等)。对接收的数据，所述第一转发模块1、第二转发模块2分别执行以下操作：(1)通过数据接口模块同步将接收到的数据转发给控制系统端；(2)将接收到的数据经数据同步、数据解析后发送至共享算法库；(3)将经过数据解析后的数据进行数据分类处理后，存储到存储模块。

第一转发模块1、第二转发模块2可以具有相同的结构。图3示出了根据本申请实施例的两转发模块1、2的结构组成示意图。如图3所示，所述转发模块1、2分别包括依次连接的数据接口模块、数据同步模块、数据解析模块以及数据分类处理模块。其中：

数据接口模块，分别与探测系统端(或导航与探测系统端)及控制系统端连接，用于不同协议的数据接入与实时数据传输转发。该数据接口模块包括一个一分二共享器，并接入原auv控制系统接口中，用于将数据分配成两路输出，一路发送到auv控制系统，另一路发送到数据同步模块。所述数据接口模块例如可以包括rj45网络接口、rs232/485/422等。

数据同步模块，与同步时钟连接，用于获取auv系统时钟，并生成数据存储需要的相关时间戳，以辅助数据检索。

数据解析模块，与共享算法库连接，用于调用共享算法，解析导航数据、探测数据、状态数据等数据包，并进行格式化操作。

数据分类处理模块，与存储模块连接，用于将任务、导航、识别、状态等的相关信息与数据进行对应的编码分类处理，并按照任务层级要求进行相应的存储，以提高控制的实时性和可靠性。

第三转发模块3连接在通信系统与控制系统之间(在图1中的节点b)，同样包括依次连接的数据接口模块、数据同步模块、数据解析模块以及数据分类处理模块，用于执行以下操作：

(1)通过数据接口模块接收下行通道中节点b的通信系统端输入的上位机通信系统数据，并同步将接收到的数据转发给b节点的控制系统端，以及将接收到的数据经数据同步(通过数据同步模块，该模块与同步时钟连接)、数据解析(通过数据解析模块)后发送至共享算法库；将经过数据解析后的数据进行数据分类处理(通过数据分类处理模块)后，存储到存储模块，如图4(a)所示。

(2)接收上行通道中b节点的控制系统端反馈的测量数据和状态数据，并同步将接收到的数据转发给b节点的通信系统端，以及将接收到的数据经数据同步、数据解析后发送至共享算法库；将经过数据解析后的数据进行数据分类处理后，存储到存储模块，如图4(b)所示。

(3)将共享控制算法库生成的相关控制指令发送给b节点的通信系统端与控制系统端，如图4(c)所示。为此，第三转发模块3还包括优先级控制器，该优先级控制器输入端与共享算法库连接，输出端连接数据同步模块，数据同步模块输出端连接数据接口模块。

(iii)存储模块

存储模块(数据时序存储模块)用于快速存储a1节点的导航系统端输入的导航系统数据、a2节点的导航与探测系统端输入的导航系统数据与探测系统数据、b节点的通信系统端输入的通信系统数据、b节点的控制系统端反馈的测量数据和状态数据以及共享算法库生成的控制指令，并根据接收存储的所有数据中的时间信息(或时间戳)，对所有数据进行同步检索，为共享算法库提取与存储数据提供基于时间(或时间戳)的索引。

(iv)共享算法库

共享算法库包括多种auv共享算法，例如组合导航、智能任务规划、图像定位、目标识别、路径规划等。可以理解，这些算法的具体实现对本领域技术人员来说是已知的。

根据既定任务，或根据对b节点的通信系统端输入的通信系统数据与b节点的控制系统端反馈的测量数据和状态数据，系统决策选择一种auv共享算法，并提取相应的存储数据，进行综合分析确定控制指令，输出到b节点的控制系统端。

共享算法库在系统闲时或没有输出控制指令的情况下，已有的auv系统的主要控制信息流程及其链路不会受到共享控制系统的任何影响。共享算法库在系统闲时可利用存储模块内的历史数据进行分析与预测，同时可同步获取实时导航系统、探测系统的信息与数据进行融合处理。

第2实施例：

原auv控制系统中，可能包括rs232/485/422等工业通信接口(双工、半双工等方式)、4g/ethernet等网络通信接口(采用mqtt协议、coap协议、http协议等)等接口，在此情况下，可以通过通信系统端获取经下行通道接收的导航系统数据和探测系统数据，以及控制系统端或共享算法库经上行通道发送的状态或控制指令等。

因此，当在通信系统端b可以通过上述通信接口获得导航系统数据和探测系统数据时，根据本申请该实施例的自主水下航行器共享控制系统包括图2中的m2部分，如图5所示，主要包括转发模块以及分别与转发模块连接的同步时钟、存储模块以及共享算法库。

该实施例中，转发模块包括：

数据接口模块，分别与通信系统端以及控制系统端连接。该数据接口模块包括串口数据接收子模块、网络数据接收子模块以及通信响应开关切换子模块。串口数据接收子模块能够实现全双工或半双工串口数据的接收和发送。网络数据接收子模块通过构建代理服务实时订阅各类数据，并发布相关的控制指令。通信响应开关切换子模块在系统启动时监控接口状态，通过向原auv控制系统发送询问命令的反馈信息决定数据接口模块的通信方式，控制数据接收方式。

第一数据同步模块，通过所述开关切换模块可选择地与串口数据接收子模块或网络数据接收子模块连接。

第二数据同步模块，通过所述开关切换模块可选择地与串口数据接收子模块或网络数据接收子模块连接。

其中，所述第一数据同步模块、第二数据同步模块分别与同步时钟连接，用于获取auv系统时钟，并生成数据存储需要的相关时间戳，以辅助数据检索。

数据解析模块，用于导航数据、探测数据、状态数据等的数据包解析，并进行格式化操作。该模块输入端与所述第一数据同步模块连接，输出端与数据分类处理模块连接。

数据分类处理模块，其输出端分别与存储模块、共享算法库连接，用于将任务数据、导航数据、识别数据、状态数据等的相关信息与数据进行对应的编码分类处理，并按照任务层级要求进行相应的存储，以提高控制的实时性和可靠性。

优先级控制模块，其输入端与所述共享算法库连接，输出端与所述第二数据同步模块连接。优先级控制器根据存储的历史任务清单，对相关任务进行优先级排序，在收到共享算法库下达的任务及相关信息的控制指令后，对任务进行重新排序。auv控制系统收到更新后的任务清单，按优先级执行任务，在当前任务完成后，auv控制系统自动加载上次未完成的任务，继续执行，如图6所示。

该实施例中，该共享控制系统将在通信系统端b获取的导航系统和探测系统数据，以及auv主要控制信息进行链路共享，达到设备的多端控制与数据转发，共享控制系统中对应的转发模块则立即将接收到的信息转发给控制系统，同时接收探测系统、导航系统等数据以及系统状态或控制指令等发送至共享算法库，并存储到存储模块，从而在不影响原auv各子系统之间信息已有的紧密耦合、相互联系基础上，将该共享控制系统嵌入原有auv整体系统中，相当于在原auv系统之外旁接了一个灵活调整和控制auv状态的松耦合系统。

同步时钟与转发模块及共享算法库连接，其引入auv系统时钟作为同步基准，为转发模块、共享算法库提供时间信息。

该实施例中，存储模块与第1实施例相似，不同之处在于，其用于快速存储b节点的通信系统端输入的通信系统数据、b节点的探测系统、导航系统、控制系统端反馈的测量数据和状态数据，以及共享算法库生成的控制指令，并根据接收存储的所有数据中的时间信息(或时间戳)，对所有数据进行同步检索，为共享算法库提取与存储数据提供基于时间(或时间戳)的索引。

该实施例中，共享算法库与第1实施例相似，其根据既定任务，或根据对b节点的通信系统端输入的通信系统数据与b节点的控制系统端反馈的测量数据和状态数据，决策选择一种auv共享算法，并提取相应的算法代码及存储数据，可以进行高级组合导航、智能任务规划，实时评估当前任务及控制策略的合理性，进行综合分析确定控制指令，输出到b节点的控制系统端。

在该实施例中，共享控制系统与auv原有通信系统的通信链路进行通信，可以实现数据的双向无干扰访问、信号传输等功能。

如图5所示，在系统启动时，通信响应开关切换子模块监控接口状态，向原auv控制系统发送询问命令的反馈信息，决定数据接口模块的通信方式；如通信方式为网络通信，则执行第一通信方法；如通信方式为串口通信，则执行第二通信方法。其中：

所述第一通信方法包括：

共享算法库与原始数据链路采用发布/订阅的主题式通信方法，数据接口模块通过代理服务进行主题管理和信息交换，完成数据接收、任务发布、指令解析、数据上传。

其中，该通信方法可基于iso标准(iso/iecprf20922)下基于发布/订阅范式的消息协议(mqtt、消息队列遥测传输)实现。发布者可以为通信系统、共享算法库或控制系统；订阅者可以为存储模块、通信系统、共享算法库或控制系统。mqtt中的消息可理解为发布者和订阅者交换的内容(负载)，这些消息包含具体的信息和/或数据，可以被订阅者使用。mqtt中的主题可理解为相同类型或相似类型的消息集合。

所述第二通信方法包括：

共享算法库与原始数据链路采用串行通信方法，串口数据接收支持全双工和半双工数据传输模式，允许数据在两个方向上的传输，配备两个独立的接收端和发送端。

串口数据接收按照异步通信的方式执行，不需要时钟信号进行数据同步，直接将主题数据进行打包，以数据帧的格式传输数据，通信中按照原auv控制系统的传输速率(即波特率)进行数据交互和同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

尽管以上分别以第1、2实施例对共享控制系统进行了描述，然而，本领域技术人员可以理解，上述实施例可以进行组合，例如第1实施例中的第三转发模块可以以第2实施例的转发模块构造。

根据本申请的另一种实施方式，还提供了一种自主水下航行器的共享控制方法。

受各种误差因素影响，一般情况下，auv导航系统给出的导航参数与理想auv航行路径参数之间存在偏差，从而需要auv控制系统根据外部校正数据进行纠正控制，将偏差控制在容许范围之内。

假设auv采用北斗卫星进行水面定位，采用深度传感器测量航行深度，采用惯性导航系统(ins)作为导航系统的主要信息源，将探测系统中的侧扫声纳作为匹配信息源，并且auv进行固定区域内长期水下航行。

如图11所示，根据本申请的实施方式，该方法包括如下步骤：

步骤102、利用共享算法库获取实时导航系统数据和实时探测系统数据，以及从存储模块中提取预定窗口时间内的历史导航系统数据和历史探测系统数据；其中，所述导航系统数据为惯性导航系统(ins)数据，所述探测系统数据为侧扫声纳扫描的海底地形数据。

根据本申请的实施方式，导航系统，例如惯性导航系统(ins)可以由陀螺仪和加速度计组成，作为auv导航系统的主要信息源。匹配信息中，探测系统中的侧扫声纳可扫描海底地形，根据声纳数据，可进一步得到其他目标相对测量信息。辅助航行信息中，gps、北斗等卫星定位手段可以在导航系统位置初始初始化、auv上浮校正或水面航渡中提供绝对位置基准。此外，由于ins在垂向通道的误差快速发散特性，可以采用深度传感器获取深度或垂向运动信息。结合具体问题和应用场合，采用不同导航算法，可以充分利用各导航设备的互补优势。

该步骤中，共享算法库在获取ins数据和侧扫声纳扫描的海底地形数据的同时，从存储模块中提取[t2,t)窗口时间t内侧扫声纳扫描的历史存储数据和历史ins导航数据；t＝t-t2，根据需要，t可确定为常值，如图7所示。

步骤104、根据提取的窗口时间t内历史探测系统数据，生成窗口时间t内auv航行经过正下方侧扫声纳的覆盖区域的海底图像，利用共享算法库根据图像进行目标识别，并计算目标特征参数。

根据提取的窗口时间t内侧扫声纳扫描数据，生成窗口时间t内auv航行经过正下方侧扫声纳的覆盖区域的海底图像，如图8所示，共享算法库根据任务选取目标识别算法进行图像目标(目标以实线矩形框示意)检测与识别，计算目标特征参数。所述目标特征参数包括目标中心位置、目标面积、目标尺寸、目标轮廓线等。

步骤106、在目标上选择包括目标中心位置点以及多个共线位置点的位置点，构建便于多次进行目标识别的综合特征，以确定目标方位及位置。

假设目标中心位置确定为p0，选择目标上三个位置点p1、p2、p3，如图9中“+”所示，其中三个位置点p1、p2、p3点在一条直线上，并且三点组成的直线段长度尽量长，例如矩形框的长边长度。

以表示为auv的真实位置，表示为包含误差的导航系统输出位置，其中l表示纬度，表示经度，则根据可分别计算包含导航误差的p0、p1、p2、p3点的位置，表示为其中，k表示第k次检测到该目标并计算得到三个点的位置(例如可以参考专利文献cn110837086a公开的基于侧扫声呐的海底目标定位方法计算)，三点将位于如图9中包含导航误差的虚线矩形框上，但仍在一条直线上。

步骤108、利用共享算法库计算下达根据当前任务进行修正的相关控制指令，发送到优先级控制器，重新规划auv航行路径以对目标进行确认。

由于auv需进行固定区域内长期水下航行与调查，共享算法库通过窗口时间t内历史侧扫声纳数据与ins数据检测识别到该目标时，此时auv已经离开目标一定距离，则根据调查需要，如需要立即进一步调查该目标，则共享算法库可评估当前任务及控制策略，根据计算下达任务修正的相关控制指令(如图5所示)，发送到优先级控制器，重新规划auv航行路径(如图6所示)，使auv以一定航行路径再次到该目标附近。

进一步地，还包括步骤110、当auv多次(至少3次以上)经过同一目标时，利用共享算法估计修正导航误差，计算下达航行路径修正的相关控制指令，发送到优先级控制器，使auv航行路径与规划航迹一致。

由于auv进行固定区域内长期水下航行与调查，利用侧扫声纳可多次经过该同一目标扫描，第k次计算得到的p0、p1、p2、p3位置为第k+1次计算得到的p0、p1、p2、p3位置为第k+2次计算得到的p0、p1、p2、p3位置为以此类推。然而，由于导航误差的存在与随时间的误差累积，每次计算得到的各点位置之间存在偏差，如均不相等，且存在p1、p2、p3处于一条直线的较强约束条件，则共享算法库可建立相应的导航系统误差校正模型(建立ins为核心的导航系统误差校正模型可查阅资料：任志良等，无人水下航行器进展.电子工业出版社,2009)，进而计算或滤波估计得到导航误差修正参数，由共享算法库评估当前任务及控制策略，计算下达航行路径修正的相关控制指令(如图5所示)，发送到优先级控制器，使auv航行路径尽量与规划的真实航迹一致。

需要说明的是，这里提出的自主水下航行器共享控制方法适用性并不仅限于auv进行固定区域内长期水下航行与调查任务，auv导航系统信息源配置也不仅限于采用北斗卫星定位、深度传感器测量航行深度、惯性导航以及探测系统中的侧扫声纳作为匹配信息源。

根据本申请的另一实施方式，还提供了一种利用共享控制系统的自主水下航行器集群协同控制方法，以发挥共享控制系统的高度并行、冗余等特性，使auv集群具有更强的容错能力、集群网络拓扑结构可动态重构能力，实现auv集群在复杂多变的海洋环境中的协同。所述自主水下航行器集群包括多条自主水下航行器，例如图10所示的集群。

如图12所示，该自主水下航行器集群协同控制方法包括如下步骤：

步骤202、利用上述共享控制系统与auv原有通信系统的双工通信链路通信方法，集群中每条auv获取任务相关数据，并保存到存储模块。

所述任务相关数据例如包括协同任务性质(调查、跟踪等)、任务区域(任务航迹、航速等)、个体属性(中心节点、子节点等)。如图10所示，auv1、auv2、auv3、auv4组成auv集群，任务性质为封闭区域调查，任务区域要求四条auv的探测覆盖范围之间有交连且不存在探测缝隙，任务航迹根据任务实际执行实时调整，航速为经济航速。四条auv均为子节点，即该集群不设置中心节点，形成无中心网络结构。

步骤204、任务执行过程中，集群各子节点auv根据各子系统的测量数据以及各auv之间声学相对测量数据(例如相对方位、相对距离等)，在共享算法库中建立任务执行的判断指标，实时发出修正控制指令。

如图10所示，auv3、auv4之间没有交连且存在探测缝隙，需要实时调整auv3、auv4的任务航迹，使auv3、auv4相互靠近，满足任务区域四条auv的探测覆盖范围之间有交连且不存在探测缝隙的要求，以避免auv5进入任务区域无法跟踪或驱逐的情况。而根据当前需要，auv1、auv2并不需要调整，仅依靠auv传统设计控制流程即可继续执行任务，二者的共享控制系统可继续待机至调整条件满足时运行，充分体现了本申请共享控制系统的柔性和鲁棒性。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。