大型auv避碰用障礙物自主識別系統的製作方法
2023-05-08 14:17:46
專利名稱：大型auv避碰用障礙物自主識別系統的製作方法
技術領域：
發明涉及一種障礙物自主識別系統，具體涉及一種大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，屬於數字圖像處理技術領域。
背景技術：
目前世界正面臨著人口、資源和環境三大難題。隨著各國經濟的快速發展和人口的不斷增多，人類消耗的自然資源越來越多，陸地上的資源面臨枯竭，而佔地球表面積的71%的海洋和海洋底部卻蘊藏著極其豐富的生物資源及礦產資源。海洋作為人類尚未開發的寶地和高技術領域之一，已經成為各國的重要戰略目標，是近幾年國際上激烈競爭的焦點，很多國家都在大力進行海洋資源開發。認識海洋、開發海洋需要各種高技術，它們是建設海洋強國、捍衛國家安全的關鍵。作為探索內空間的最重要手段之一的無人水下航行器(Unmanned UnderseaVehicle, UUV)技術與探索外空間的運載火箭技術有同等重要佔領的意義，因此，無人水下航行器的發展一直為世界各海洋強國所關注。無人潛航器(UUV)最早出現於20世紀60年代。在發展初期，UUV主要用於進行打撈、深水勘探、水下電纜鋪設等民用領域，後來逐步擴展到反潛戰、水雷戰、目標靶、偵察與監視、後勤支援等軍事應用。80年代末，隨著計算機技術、人工智慧技術、微電子技術、導航技術、指揮與控制技術、邏輯與軟體技術的突飛猛進，UUV在水下偵察、水下通信和反潛、反水雷作戰等領域的應用得到了空前發展。一般來說，UUV可以分為兩大類一類是有纜UUV，又稱為水下遙控運載工具(RemotelyOperated Vehicle, R0V);另一類是無纜UUV,又稱為水下自主式無人運載工具(Autonomous Underwater Vehicle, AUV), AUV 代表了 UUV 的發展方向。AUV在執行任務時，可以根據內置的電子海圖規劃處路徑，再根據該路徑運行，但由於海洋水下存在難以預料的障礙物，為了避開這些障礙物，AUV避碰系統必不可少，它也是AUV自主能力和智能力的體現。AUV大都採用聲納作為避碰系統的重要設備。我們採用的多波束前視聲納安裝在AUV頭部，實時獲取前方障礙物信息，為避碰系統提供準確的障礙物相關數據。由於眾多幹擾，聲納常常會輸出「偽信息」，它會導致避碰系統誤判，使AUV不能向正確的方向前進。這就需要我們採用算法提高障礙物探測的準確度。同時，由於障礙物的不可預知性，採用何種避碰算法，如何進行避碰規劃，確保AUV能及時快速對障礙物做出反應是避碰系統性能提聞的關鍵點。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，通過使用多波束前視聲納檢測障礙物，確定障礙物距離、方位和大小，確保AUV能及時快速對障礙物做出反應。一種大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，包括多波束前視聲納、避碰計算機和中央控制計算機，多波束前視聲納與避碰計算機之間通過網絡通訊，多波束前視聲納上電後等待避碰計算機的控制指令，當收到工作指令則立即向避碰計算機返回聲納數據，避碰計算機接收聲納數據進行實時處理，同時控制多波束前視聲納；避碰計算機與中央控制計算機通過RS422連接，避碰計算機將計算出的障礙物距離、方位、大小信息發送給中央控制計算機；其識別步驟為(I)利用多波束前視聲納實時採集前方障礙物信息，得到數位訊號後通過網絡傳送給避碰計算機；(2)避碰計算機接收到多波束前視聲納發送來的數位訊號後，通過數字圖像處理識別算法計算出障礙物的距離、方位、大小信息；(3)避碰計算機將計算出的障礙物的距離、方位、大小信息通過RS422發送給中央控制計算機。其中所述步驟(2)的數字圖像處理識別算法包括如下步驟I)坐標變換當聲納數據到來時，根據波束編號和波束灰度值數組計算出二維數字圖像XI，其變換公式為Xl (i, j) = array [angle (i, j) *500+radius (i, j)]其中angle (i, j) = atan (i/j) *180/ Ti意為坐標(i, j)處圖像Xl的像素與聲納
原點的角度，範圍-
權利要求
1.一種大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，其特徵在於，包括多波束前視聲納、避碰計算機和中央控制計算機，多波束前視聲納與避碰計算機之間通過網絡通訊，多波束前視聲納上電後等待避碰計算機的控制指令，當收到工作指令則立即向避碰計算機返回聲納數據，避碰計算機接收聲納數據進行實時處理，同時控制多波束前視聲納；避碰計算機與中央控制計算機通過RS422連接，避碰計算機將計算出的障礙物距離、方位、大小信息發送給中央控制計算機； 其識別步驟為 (1)利用多波束前視聲納實時採集前方障礙物信息，得到數位訊號後通過網絡傳送給避碰計算機； (2)避碰計算機接收到多波束前視聲納發送來的數位訊號後，通過數字圖像處理識別算法計算出障礙物的距離、方位、大小信息； (3)避碰計算機將計算出的障礙物的距離、方位、大小信息通過RS422發送給中央控制計算機。
2.如權利要求1所述的大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，其特徵在於所述步驟(2)的數字圖像處理識別算法包括如下步驟 1)坐標變換將一維數組格式的聲納數據轉換為的二維圖像格式，是後續處理的基礎和前提； 當聲納數據到來時，根據波束編號和波束灰度值數組計算出二維數字圖像XI，其變換公式為Xl (i，j) = array [angle (i，j)木500+radius (i，j)] 其中angle (i，j) = atan (i/j) ^180/ Ji意為坐標(i，j)處圖像Xl的像素與聲納原點的角度，範圍-60° 彡 angle(i，j) <60°，
3.如權利要求2所述的大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，其特徵在於所述sonar坐標的含義是聲納輸出的數據變換後是二維圖像，真實有用的圖像範圍是一個扇形，扇形的頂點即sonar坐標。
全文摘要
本發明公開了一種大型AUV避碰用障礙物自主識別系統，屬於數字圖像處理技術領域。裝置包括多波束前視聲納、聲納計算機、中央控制計算機，前視聲納與聲納計算機之間通過網絡通訊，聲納計算機與中央控制計算機之間通過RS422連接；多波束前視聲納採集障礙物信息，轉換為圖像後發送給聲納計算機；聲納計算機接收聲納圖像，實時計算出障礙物距離、方位、大小信息並將它們發送給中央控制計算機。本發明判斷障礙物實時性強，無需先驗知識，適用於大型AUV避碰系統。
文檔編號G01S7/52GK103033817SQ20121048244
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月25日 優先權日2012年11月25日
發明者林飛宇, 石濤, 羅雲虎, 程彬彬, 葉玉玲, 胡慶玉, 晏剛 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所