[發(fā)明專利]一種單目視覺水下航行器導(dǎo)航定位校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811028732.6
• 申請日: 2018-09-01
• 公開（公告）號: CN109211240B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫玉山;唐同澤;張國成;王占緣;張強;盛明偉;王元慶;張宸鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及水下目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單目視覺水下航行器導(dǎo)航定位校正方法。通過將航行器航行到預(yù)定校正區(qū)域，根據(jù)視覺系統(tǒng)追蹤到水下標(biāo)志物；調(diào)整航行器姿態(tài)，控制航行器向水下標(biāo)志物航行一段距離，根據(jù)視覺系統(tǒng)采集圖像信息，根據(jù)航位推算系統(tǒng)記錄航行器位置、位移及姿態(tài)信息；通過將航行器圍繞水下標(biāo)志物運動至其他不同位置，重復(fù)操作；通過視覺系統(tǒng)的輸出信息以及航位推算子系統(tǒng)的輸出信息，進行回歸優(yōu)化分析計算；通過計算水下航行器的導(dǎo)航定位校正值，完成導(dǎo)航定位校正。本發(fā)明具有成本低、精度高、方便靈活等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單目視覺水下航行器導(dǎo)航定位校正方法。

背景技術(shù)

水下導(dǎo)航是水下航行器的關(guān)鍵技術(shù)之一，現(xiàn)有的水下導(dǎo)航技術(shù)主要有：航位推算、慣性導(dǎo)航以及水下聲學(xué)定位等。

由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般體積較大，價格昂貴，定位誤差隨時間不斷積累；水下聲學(xué)定位方法通過水下傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)使用聲波通信，傳播介質(zhì)是水，這與無線電波在空中傳播有顯著的不同，它具有高時延，時延不斷動態(tài)變化的特點，水聲信號傳播面臨著衰減大、通信信道帶寬低、多徑效應(yīng)嚴(yán)重、誤碼率高等問題，水下聲學(xué)定位系統(tǒng)通常價格昂貴，安裝校準(zhǔn)耗時長要求高，作用距離有限。因此，航位推算由于其經(jīng)濟性、高效性仍然是目前水下航行器的主流導(dǎo)航算法之一，但其精度受傳感器性能影響較大，同時存在時延累計誤差。因此，在遠距離航行或開展定位精度要求很高的水下作業(yè)時，需要通過外部手段進行定位校正。

目前的定位系統(tǒng)有它們自身的缺陷，不能夠為在重要的水下任務(wù)中追蹤水下航行器提供足夠精確的定位。首先，通過單次的信號到達時間差得出的定位存在很大的誤差，這種誤差主要是由于環(huán)境的噪聲造成的。其次，在現(xiàn)有的基于距離的定位系統(tǒng)中，定位方法都假定水下聲音傳播的速度是恒定為1500m/s，同時，這些方法還假定在水下三維環(huán)境中，聲音是沿著直線傳播的。但是，這些假設(shè)都有一定的局限性，在對定位精度要求比較高的水下任務(wù)中是不能夠成立的。通過水下聲學(xué)定位對航位推算進行修正是目前常用的方法之一，但其成本高、安裝校準(zhǔn)復(fù)雜，更為重要的是水下環(huán)境復(fù)雜容易造成水下聲波的多次反射、“混響”，從而嚴(yán)重影響其定位精度；聲學(xué)定位的時延性使其無法實現(xiàn)連續(xù)定位；定位能力存在盲區(qū)，系統(tǒng)的可靠性相對較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種單目視覺水下航行器導(dǎo)航定位校正方法，具有成本低、精度高、使用方便簡單等特點，可用于替代現(xiàn)有的水聲定位導(dǎo)航校正技術(shù)。

本發(fā)明實施例提供一種單目視覺水下航行器導(dǎo)航定位校正方法，包括：

步驟一：通過將水下航行器航行到預(yù)定的定位校正區(qū)域，根據(jù)單目視覺辨識與量測子系統(tǒng)識別功能，追蹤到水下標(biāo)志物；

步驟二：通過調(diào)整水下航行器姿態(tài)，控制水下航行器向步驟一所述的水下標(biāo)志物航行一段距離，航行過程中，根據(jù)單目視覺辨識與量測子系統(tǒng)采集得到圖像信息，根據(jù)航位推算子系統(tǒng)記錄得到這段時間內(nèi)水下航行器位置、水下航行器位移及水下航行器姿態(tài)信息；

步驟三：通過將水下航行器圍繞步驟一所述的水下標(biāo)志物運動至其他不同位置，重復(fù)步驟二所述的全部操作，在所述的不同位置重復(fù)4次以上；

步驟四：通過匯總單目視覺辨識與量測子系統(tǒng)的輸出信息以及航位推算子系統(tǒng)的輸出信息，進行回歸優(yōu)化分析計算，得到此時水下航行器相對步驟一所述的水下標(biāo)志物的位置信息；

步驟五：通過計算水下航行器的導(dǎo)航定位校正值，完成導(dǎo)航定位校正。

所述步驟一，包括：

通過將水下航行器航行到預(yù)定的定位校正區(qū)域，根據(jù)單目視覺辨識與量測子系統(tǒng)識別功能，追蹤到已知位置信息的水下標(biāo)志物；

其中，所述的水下標(biāo)志物的位置信息已知，記為X＝[x，y，z]，預(yù)定的水下標(biāo)志物為人為布置或海底自然標(biāo)志物，其具體大小可以未知，但其大小不超過視覺量測工作距離的