[發明專利]一種基于地形特征匹配的水下地形匹配導航方法

有效

• 申請號: 201710062780.6
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106871901B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李曄;叢正;姜言清;王汝鵬;馬騰;貢雨森;郭宏達;安力;龔昊;何佳雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于地形特征匹配的水下地形匹配導航方法，處理先驗地圖，求出高度的梯度值，利用梯度的大小篩選出實際為較為陡峭的點作為特征點，將這些特征點的梯度進行霍夫變換得到特征的長度及位置，寫入實際特征信息庫。處理多波束聲納發回的數據，求出對應點的高度值，對其求梯度，將梯度的模長進行霍夫變換，得到樣本特征的長度和與機器人的相對位置。利用這些特征的長度、對應深度等信息與之前構建的實際特征信息庫進行匹配，得到與每一塊特征區域所匹配的先驗地圖的區域。分別利用這些區域的相對位置信息得出水下機器人的位置，對這些位置進行分析得到機器人的精確位置。本發明可相對快速的地形匹配定位與導航任務。

技術領域

本發明涉及一種定位與導航，尤其涉及一種基于地形特征匹配的水下地形匹配導航方法，屬于水下定位與導航技術。

背景技術

水下機器人由于其成本低廉、可拓展性強、可以完成各種信息采集與利用等任務深受各國家研究機構重視，由于在水下環境中，高頻信號衰減快，所以GPS等常規定位方式并不適用，由于定位與導航是水下機器人能否安全返航的重要技術因素，所以找到可行的定位與導航技術成為了水下機器人領域的重點技術。

現階段水下機器人導航技術主要有慣性導航、水聲學導航、航位推算導航以及地形匹配導航。慣性導航與航位推算導航由于精度有限以及需要定期上浮利用GPS修正等因素受到限制，不利于水下機器人長期水下作業，而水聲學導航需要聲學基陣，實際操作過程需要輔助才能完成。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于地形特征匹配的水下地形匹配導航方法。

本發明的目的是這樣實現的：第一步：處理已知的先驗地圖，計算先驗地圖中的每一點的高度的梯度通過對高度的梯度grad(x,y)的大小進行篩選，選出梯度的模長||grad(x,y)||＞閾值Α的點作為先驗地圖的特征點；

第二步：將第一步得到的所有先驗地圖的特征點的梯度的模長||grad(x,y)||做霍夫變換，識別出每一個特征的擬合線段，并記錄這些線段的起始點坐標位置(x_s,y_s),(x_e,y_e)以及每條線段對應的高度作為實際特征信息存入實際特征信息庫；

第三步：啟動多波束聲納，采集水下機器人所在位置及周邊的實時水深數據，記錄得到的每一個數據點的坐標位置(x^*，y^*)以及對應數據點的深度h^*；

第四步：計算第三步中的每一個數據點水深的梯度通過對水深的梯度grad(x^*,y^*)的大小進行篩選，選出梯度的模長||grad(x^*,y^*)||＞Α的點作為多波束聲納數據的特征點；

第五步：將第四步得到的多波束聲納數據的特征點的梯度的模長||grad(x,y)||做霍夫變換，并識別出每一個特征的擬合線段，記錄這些線段的起始點坐標位置(x_s,y_s),(x_e,y_e)以及每條線段對應的高度信息、與機器人的相對位置信息，作為樣本特征信息；

第六步：逐條讀取樣本特征信息，判斷實際特征信息庫中是否存在高度相匹配的特征：若存在則進行下一步，若不存在，則讀取下一條特征，重復此步驟；

第七步：判斷經第六步得到的特征中是否存在長度相一致的特征，若存在則進行下一步，若不存在，則讀取下一條特征，重復第六步；