[發明專利]一種基于無人平臺的海洋環境與目標綜合感知方法

在審

• 申請號: 201811111229.7
• 申請日: 2018-09-22
• 公開（公告）號: CN109446902A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 卜令冉;蔣佳佳;段發階;王憲全;李春月;孫中波;黨文杰;劉晗
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01S13/04;G01S15/88;G01V1/38;G01V3/12;G06N3/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于無人平臺的海洋環境與目標綜合感知方法，包括：將浮標、潛標、無人船和水下無人潛航器UUV四種無人平臺作為感知節點，構成水下立體綜合感知網絡；浮標、潛標、無人船和UUV采集到的聲光電磁數據，被分別送至相應平臺上的數據預處理模塊；特征提取模塊對預處理后的水聲信號、水上水下圖像、聲吶圖像和磁測數據進行特征提?。辉O計特征分類器模塊；實現無人平臺聲光電磁等特征的初步感知識別，綜合判斷信號的類別，確定水下目標是否為待探測或待感知目標；如果集成學習模塊判定水下目標為待探測或待感知目標后，則無人平臺將繼續通過以下步驟使用人工智能方法對水聲信號數據、水上水下圖像數據、聲吶圖像和磁測數據進行智能化分析。

技術領域

本發明涉及海洋勘探領域，特別是一種基于無人平臺的海洋環境與目標綜合感知方法。

背景技術

對海洋環境(如海底地貌、海水水質等)和海洋目標(如海洋哺乳動物、水下潛艇、水面艦船等)進行綜合感知，是連接人與海洋的重要紐帶。近年來，隨著我國經濟的發展，水下感知技術在海洋資源勘探、海洋環境監測、水下目標探測等領域發揮著越來越重要的作用。傳統海洋感知技術多是由單一類型觀測平臺或單一類型傳感器組成。由于觀測平臺類型單一，傳感器種類和數量較少，使得傳統感知技術不具有靈活多變的優勢，也無法對探測目標進行多方位、多信息的精確協同感知，因此越來越難以滿足海洋環境和水下目標感知的需要。同時，布設、移動復雜的海洋感知設備需要消耗巨大的人力物力和財力，感知成本較高。隨著海洋儀器智能化的發展，越來越多的水上無人平臺(如無人船、浮標)或水下無人平臺(潛標、水下無人潛航器)開始應用于海洋環境和海洋目標感知，然而，這些技術多是被單一應用，不能充分發揮無人平臺的協同優勢。同時，不同平臺、不同感知節點及不同感知傳感器獲取的感知數據多是獨立的，多個感知特征無法深度融合，無法實現海洋環境和水下目標的精確感知。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于不同無人平臺的聲、光、電磁多種感知方式相結合的協同立體海洋信息感知方法。技術方案如下：

一種基于無人平臺的海洋環境與目標綜合感知方法，包括：

(1)將浮標、潛標、無人船和水下無人潛航器UUV四種無人平臺作為感知節點，構成水下立體綜合感知網絡。

(2)浮標、潛標、無人船和UUV采集到的聲光電磁數據，被分別送至相應平臺上的數據預處理模塊，數據預處理模塊對該平臺搭載的不同探測設備所采集的聲光電磁數據進行預處理；數據預處理模塊將預處理后的數據送至特征提取模塊；

(3)特征提取模塊對預處理后的水聲信號、水上水下圖像、聲吶圖像和磁測數據進行特征提?。?/p>

(4)基于傳統模式識別方法設計特征分類器模塊，對提取到的聲光電磁特征數據進行識別和分類，分類器模塊分別輸出對聲光電磁特征的分類結果；

(5)通過集成學習模塊，將特征分類器中的個體學習器按照bagging方法進行結合，并使用集成學習中最常用的投票法將若干個體分類器輸出整合為強分類器的輸出；實現無人平臺聲光電磁等特征的初步感知識別，綜合判斷信號的類別，確定水下目標是否為待探測或待感知目標；

(6)如果集成學習模塊判定水下目標為待探測或待感知目標后，則無人平臺將繼續通過以下步驟使用人工智能方法對水聲信號數據、水上水下圖像數據、聲吶圖像和磁測數據進行智能化分析；

(7)基于水聲信號識別分析模塊、圖像分類和特征感知模塊、磁異常感知模塊的感知結果，通過數據融合模塊，對水下目標大小、形狀、速度和距離信息進行估計，確定水下目標具體類別，從而實現水下目標進行全方位立體感知。

優選地，水下立體綜合感知網絡包括：

(1)在浮標和潛標上搭載被動式水聽器或被動式水聽器陣列進行水下聲探測，搭載磁力儀進行水下電磁探測；同時，在潛標上搭載溫鹽深儀，對固定地點的水下溫度、鹽度和深度等基本海洋環境參數進行測量；