[發明專利]一種RGI-Lidar/SINS緊耦合AUV水下導航定位方法與系統

有效

• 申請號: 202011373126.5
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112611376B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 劉曉泉;于寶成;盧濤;徐文霞;劉威;徐國平;栗娟;侯偉
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/14;G01S7/48;G01S7/4861;G01S17/89;G01S7/487
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種RGI?Lidar/SINS緊耦合AUV水下導航定位方法與系統，包括：通過捷聯解算得到相應時刻包含AUV位置信息、姿態信息的導航信息；獲取水下遠距離、高清晰度的選通圖像；對IMU輸出信息進行預積分，獲取AUV在不同時刻的IMU位姿約束；對當前幀的選通圖像進行特征提取，并將上一幀選通圖像作為參考幀與之進行特征匹配，獲取視覺里程計約束；對當前幀選通圖像進行回環檢測，若檢測到符合條件的回環幀圖像，則將當前幀選通圖像與相應回環幀圖像進行特征匹配，獲取回環檢測約束；將上述三種約束作為約束關系加入到位姿圖中進行聯合優化，獲取并輸出優化后的AUV位姿；優化后的AUV位姿可作為慣性數據輸入。本發明能滿足廣泛、長時間、遠距離的水下導航定位的需求。

技術領域

本發明屬于AUV水下導航技術領域，具體涉及一種RGI-Lidar/SINS緊耦合AUV水下導航定位方法與系統。

背景技術

在當今日益競爭的國際形勢下，水下導航定位無論是對于打撈搜救、海底管道鋪設和檢查維護、沉船遺址科考、珊瑚礁及海洋生物保護等民事應用，還是潛艇戰略巡航、水下排雷、航道封鎖和通信中繼等軍事用途，都具有很高的研宄價值及意義，目前已成為國內外研究的熱點與難點。

在現有的定位技術中，由于捷聯式慣性導航系統可以長時間穩定的提供載體的方位信息和距離信息，既不依賴于外界設備又不受外界干擾，因此現有的AUV自主導航方法都是圍繞慣性導航為中心。但是慣性器件具有誤差積累的性質，需要其他導航定位方法輔助，定時修正慣導的導航參數誤差，才能實現對載體長時間的精確定位。

傳統的慣導輔助導航方法包括地磁導航、重力導航、水聲定位導航、GPS位置信息校正等。重力導航定位技術和地磁導航技術需要重力或地磁數據庫等先驗圖作為輔助導航定位參考，但是在絕大多數的海域都沒有這類先驗圖，所以該兩種方法不能滿足更廣泛的水下導航定位需求；水聲定位導航作用范圍廣，但是需要在海底布設應答器陣列，這種方法限制了AUV的任務區域，即必須在聲學信標預置的范圍內執行任務；并且聲學信標的放置和維護成本極高，花費巨大；GPS位置信息校正需要AUV在執行任務過程中中斷任務，上浮到水面進行GPS定位，不利于任務的執行。傳統的輔助導航方法不能滿足廣泛、長時間、遠距離的水下導航定位的需求。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種RGI-Lidar/SINS緊耦合AUV水下導航定位方法及系統，其切片成像技術大大的抑制了水體的后向散射，提高了圖像的對比度，和傳統光學成像相比，大大提升了光學圖像的對比度，能滿足廣泛、長時間、遠距離的水下導航定位的需求。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種RGI-Lidar/SINS緊耦合AUV水下導航定位方法，包括以下步驟：

通過捷聯解算得到相應時刻的AUV位置信息、姿態信息的導航信息；

獲取水下遠距離、高清晰度的選通圖像；

對IMU輸出信息進行預積分，獲取AUV在不同時刻的IMU位姿約束；

對當前幀的選通圖像進行特征提取，并將上一幀的選通圖像作為參考幀與之進行特征匹配，獲取相鄰圖像之間的位姿關系，即視覺里程計約束；

對當前幀的選通圖像進行回環檢測，若檢測到符合條件的回環幀圖像，則將當前幀的選通圖像與相應的回環幀圖像進行特征匹配，獲取回環檢測約束；

將IMU位姿約束、視覺里程計約束以及回環檢測約束作為約束關系加入到位姿圖中進行聯合優化，獲取AUV位姿；

輸出AUV位姿；

將AUV位姿作為慣性數據輸入。

進一步地，對IMU進行預積分的具體方法為先捷聯解算得到AUV在不同時刻速度、位置和姿態，再根據以下公式進行預積分處理，獲取AUV在不同時刻之間的位姿約束因子，獲取AUV在不同時刻的IMU位姿約束，