[發(fā)明專利]懸浮式水下自主航行器的多航次地圖定位和導(dǎo)航方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810364426.3 | 申請日： | 2018-04-20 |
| 公開（公告）號： | CN108592916B | 公開（公告）日： | 2020-08-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 史劍光;彭時林;于海濱;劉敬彪;孔慶鵬;呂帥帥 | 申請（專利權(quán)）人： | 杭州電子科技大學(xué) |
| 主分類號： | G01C21/20 | 分類號： | G01C21/20 |
| 代理公司： | 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233 | 代理人： | 雷仕榮 |
| 地址： | 310018 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 懸浮 水下 自主 航行 航次 地圖 定位 導(dǎo)航 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種浮式水下自主航行器的多航次地圖定位和導(dǎo)航方法，包括：S1航行器沿預(yù)設(shè)航行路徑巡航，獲取水下地形的照片序列；S2圖像數(shù)據(jù)處理并進行閉環(huán)檢測；S3特征匹配以優(yōu)化照片序列；S4計算照片的顯著性；S5地圖精度評價；S6多航次巡航，以進行同向路徑地圖融合和反向路徑地圖優(yōu)化；S7拓展地圖數(shù)據(jù)庫；S8顯著性區(qū)域路徑規(guī)劃以實時定位和導(dǎo)航。本發(fā)明是一種針對海底基站的HAUV應(yīng)用環(huán)境，通過對同一區(qū)域進行多航次探索實現(xiàn)地圖優(yōu)化，進而實現(xiàn)水下精確定位和導(dǎo)航的方法。該方法可以有效解決定位精度和運算效率之間的矛盾，實現(xiàn)HAUV在水下的實時高精度導(dǎo)航。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于水下航行器領(lǐng)域，具體涉及一種懸浮式水下自主航行器的多航次地圖定位和導(dǎo)航方法。
背景技術(shù)
懸浮式水下航行器(Hover Autonomous Underwater Vehicle，簡稱HAUV)是一種具備強大機動能力的自主水下航行器。HAUV具備多個推進器，以及具備能夠在水層中懸浮、具備強大的垂直機動能力、能夠貼近海底航行等多項優(yōu)點。
在HAUV中采用聲學(xué)定位、航位推算定位等傳統(tǒng)水下定位方法的使用成本高，且存在聲學(xué)定位的有效距離有限，航位推算具有誤差累積問題等缺陷。現(xiàn)階段，基于海底地形的機器視覺方法是解決HAUV水下高精度定位和導(dǎo)航問題的有效手段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種針對海底基站的HAUV應(yīng)用環(huán)境，通過對同一區(qū)域進行多航次探索實現(xiàn)地圖優(yōu)化，進而實現(xiàn)水下精確定位和導(dǎo)航的方法。該方法可以有效解決定位精度和運算效率之間的矛盾，實現(xiàn)HAUV在水下的實時高精度導(dǎo)航。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種懸浮式水下自主航行器的多航次地圖定位和導(dǎo)航方法，所述方法包括：
S1預(yù)設(shè)所述航行器在一航行區(qū)域的航行路徑，所述航行器按照預(yù)設(shè)的航行路徑航行，并使用設(shè)置在所述航行器上的豎直向下的相機獲取水下地形的照片序列以存儲于數(shù)據(jù)庫；
S2對所述照片序列進行圖像數(shù)據(jù)處理，通過閉環(huán)檢測搜尋同一地形的照片；
S3對同一地形的照片進行匹配并計算出照片所對應(yīng)的相機位置的變化，以對數(shù)據(jù)庫中的所述照片序列所對應(yīng)的位置進行優(yōu)化；
S4計算所述照片序列中每一幅照片的顯著性，以衡量照片中特征的有效性；
S5對單航次所獲地圖的數(shù)據(jù)庫的精度進行評價；
S6對同一航行區(qū)域進行多次同向和反向巡航，獲取多組地圖，進行同向路徑的地圖融合和反向路徑的地圖優(yōu)化，以得到區(qū)域地圖的數(shù)據(jù)庫；
S7投放靶標(biāo)，重復(fù)實施步驟S1-S6，探索其他航行區(qū)域，以獲取經(jīng)區(qū)域拓展的地圖的數(shù)據(jù)庫；
S8利用步驟S7中獲取的地圖的數(shù)據(jù)庫，結(jié)合顯著性區(qū)域優(yōu)先的路徑規(guī)劃算法，實施所述航行器的定位和導(dǎo)航。
一優(yōu)選實施例中，所述閉環(huán)檢測采用基于位置約束的詞袋法。
一優(yōu)選實施例中，閉環(huán)檢測過程中，從數(shù)據(jù)庫中選擇與當(dāng)前照片對應(yīng)的位置在預(yù)設(shè)距離值以內(nèi)的照片，逐一比較當(dāng)前照片與所選照片的余弦相似度，若余弦相似度高于設(shè)定值，則進行對同一地形的照片進行特征匹配。
一優(yōu)選實施例中，使用信息熵來衡量照片的顯著性。
一優(yōu)選實施例中，使用精度評價函數(shù)對單航次所獲地圖的數(shù)據(jù)庫的精度進行評價。
一優(yōu)選實施例中，同向路徑的地圖融合和反向路徑的地圖優(yōu)化包括下述步驟：
S61在同向路徑多航次獲取的多幅地圖中選擇精度評價函數(shù)值最小的地圖作為基準地圖；
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于杭州電子科技大學(xué)，未經(jīng)杭州電子科技大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201810364426.3/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
