[發明專利]基于海底地形匹配的AUV多策略導航方法

有效

• 申請號: 202010343604.1
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111486845B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 何波;張昕;嚴天宏;沈鉞;年睿;榮生輝;馮晨;李光亮
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S15/89
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

1.基于海底地形匹配的AUV多策略導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A、構建地形適配區選擇模型，地形適配區的分類包括適宜地形匹配區域、地形匹配過渡區域和不適宜地形匹配區域；

步驟A1、采集模型訓練先驗數據集，并對其進行網格化預處理，得到地形格網；

步驟A2、基于滑動窗口思想遍歷地形格網，構建輸入特征向量，作為地形適配區選擇模型的輸入，所述輸入特征向量包括地形格網中各格網節點的高程數據H_ij以及地形標準差σ、地形相關系數R、地形熵H_f以及地形粗糙度r；

步驟A3、基于預判地形適配區類型，得到地形適配區選擇模型標簽，并對其進行訓練；

步驟B、基于步驟A構建的地形適配區選擇模型，進行AUV水下多策略導航，具體包括：

步驟B1、載入地形適配區選擇模型，基于AUV搭載的傳感器實時采集導航相關數據并對地形適配區進行分類，若AUV處于適宜地形匹配區域，則執行步驟B2，若AUV處于地形匹配過渡區域，則執行步驟B3，若AUV處于不適宜地形匹配區域，則執行步驟B4；

步驟B2、當AUV處于適宜地形匹配區域時，基于多波束聲吶水下地形高程圖像匹配輔助方法進行導航；

步驟B3、當AUV處于地形匹配過渡區域時，開啟側掃聲吶，同時利用多波束測深儀和側掃聲吶數據，進行水下側掃聲吶圖像匹配輔助船位推算進行導航；

步驟B4、當AUV處于不適宜地形匹配區域時，開啟側掃聲吶，基于同時定位與地圖構建算法進行導航。

2.根據權利要求1所述的基于海底地形匹配的AUV多策略導航方法，其特征在于：所述步驟A1中，地形適配區選擇模型的訓練數據集包括兩部分數據：一是開源海底地形庫中的地形數據，二是通過水下機器人搭載位姿傳感器和多波束測深聲吶采集的相應海域地形數據；訓練集數據以(lat,lon,height)的形式存儲，其中，(lat,lon)分別為相應測量位置的經緯度信息，height為該測量位置的深度信息。

3.根據權利要求1所述的基于海底地形匹配的AUV多策略導航方法，其特征在于：所述步驟A2的實現具體包括以下步驟：

步驟A21、基于滑動窗口思想，設計并得到相應地形特征參數；

1)設初始窗口大小為p*q，計算相應窗口區域內的地形標準差σ、地形相關系數R、地形熵H_f以及地形粗糙度r四個地形特征參數，按步長為1將窗口右移以遍歷整個地形格網區域，計算相應地形特征參數；

2)將窗口大小縮放至(p+1)*(q+1)，重復計算相應窗口內的地形特征參數；繼續縮放窗口重復上述過程，直至窗口尺寸增大至m*n，即覆蓋整個地形格網區域；

步驟A22、構建輸入特征向量，作為訓練地形適配區選擇模型的輸入；

將地形格網中各格網節點的高程數據H_ij與上述所有地形特征參數進行組合，構成輸入特征向量input＝[H₁₁,H₁₂,...H_ij,...H_mn,σ₁,R₁,H_f1,r₁,...σ_end,R_end,H_fend,r_end]，作為地形適配區選擇模型訓練的輸入。

4.根據權利要求3所述的基于海底地形匹配的AUV多策略導航方法，其特征在于：所述步驟A3中，基于等值線最近點迭代算法進行地形匹配，根據匹配精度對地形適配區進行標簽預判，得到以下標簽：當匹配精度小于1％時為適宜地形匹配區域，匹配精度在1％～5％之間時為地形匹配過渡區域，匹配精度大于5％時為不適宜地形匹配區域；

基于模型輸入和得到的標簽，基于極限學習機作為分類器對地形適配區選擇模型進行訓練，得到最終的地形適配區選擇模型分類。