[發明專利]一種無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統

有效

• 申請號: 201810975531.0
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109029465B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 黃承義;張志萌;徐小歡;彭艷;羅均
• 申請（專利權）人: 上海大學;國家海洋局北海海洋工程勘察研究院（青島環海海洋工程勘察研究院）
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S13/937;G01C21/16;G01S19/47;G05D1/02
• 代理公司: 鄭州翊博專利代理事務所(普通合伙) 41155
• 代理人: 張擎

1.一種無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，包括無人艇和設置在無人艇上的毫米波雷達、衛星定位系統、慣性導航系統、主控計算機，其中，毫米波雷達均勻安裝在無人艇的周圍，測量無人艇前方、后方和左右兩側的環境相對于無人艇的位置、速度和加速度信息，所述衛星定位系統和慣性導航系統檢測無人艇的位置、速度和加速度信息，所述衛星定位系統、慣性導航系統、毫米波雷達通過電纜與主控計算機連接；

基于上述系統的跟蹤和避障方法包括以下步驟：①在船身對稱布置毫米波雷達，根據不同的測量范圍需要，適當的調整毫米波雷達之間的間距和數量，并且布置衛星定位系統、慣性導航系統，然后將所有毫米波雷達、衛星定位系統、慣性導航系統通過電纜接入主控計算機；②通過衛星定位系統和慣性導航系統測量無人艇的實時速度，由主控計算機將衛星定位系統和慣性導航系統測量的速度傳入毫米波雷達，標定船體當前的運動信息，對于船體行進方向上布置的毫米波雷達和側向布置的毫米波雷達，分別傳入相對應的速度；③完成毫米波雷達自身速度標定之后，控制其進行障礙物檢測，當某一個毫米波雷達檢測到障礙物之后，將障礙物的絕對速度、相對于無人艇船體的相對速度、加速度、相對船體的角度和距離等信息傳入主控計算機；④主控計算機根據傳入的障礙物位置信息，將它們全部轉換到以無人艇中心為原點的同一坐標系下；⑤主控計算機根據檢測的障礙物信息，通過卡爾曼濾波的方法對下一時刻的位置、速度、方向進行確定，可以實現障礙物的位置跟蹤，即使毫米波雷達檢測時出現障礙物丟失，也可以通過卡爾曼濾波對下一時刻障礙物的運動速度、位置、方向進行預判；⑥在此基礎之上，對無人艇的方向、速度和加速度信息進行調整，即可實現無人艇相對于障礙物的追蹤或者避障。

2.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述衛星定位系統包括接收天線和處理器，其中接收天線設置在無人艇的甲板最高處，處理器設置在無人艇內，接收天線與處理器電連接。

3.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述慣性導航系統安裝在無人艇的船體中心處。

4.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述毫米波雷達通過總線與主控計算機進行通信連接。

5.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述衛星定位系統和慣性導航系統配合使用。

6.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述衛星定位系統和慣性導航系統采集到的信息實時傳到主控計算機，主控計算機將該信息實時傳到毫米波雷達。

7.根據權利要求1所述的無人艇基于毫米波雷達的跟蹤和避障系統，其特征在于，所述主控計算機采用卡爾曼濾波算法，將毫米波雷達、衛星定位系統、慣性導航系統串聯起來，利用毫米波雷達、衛星定位系統、慣性導航系統采集環境及無人艇船體的位置、速度和加速度信息，計算環境中各因素的位置、速度和加速度信息，并進行預判，以實現無人艇的跟蹤和避障。