[發明專利]一種水下自主航行器目標導引抵近控制方法及系統

在審

• 申請號: 202011539712.2
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112799413A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 馮朝;梁鏡;崔峰;程姝;唐文政
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團有限公司第七一0研究所
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

1.一種水下自主航行器目標導引抵近控制方法，用于實現水下自主航行器對水下目標的識別、處理及導引抵近，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、水下自主航行器在水下按照預先規劃的航路自主航行；

步驟2、前視聲納對所述水下自主航行器的航行區域進行探測，獲得聲納圖像；

步驟3、圖像處理機對所述聲納圖像進行在線處理，并實時輸出水下目標的位置信息給控制單元；

步驟4、控制單元根據水下目標的位置信息，進行任務重規劃，所述水下自主航行器根據重規劃得到的航路航行，向目標導引抵近。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1，水下自主航行器在水下按照預先規劃的航路自主航行，具體為：

利用航行器的推進裝置為所述水下自主航行器提供前進動力，利用舵機為水下自主航行器提供轉向和深度控制能力；

預先規劃多個路徑點組成航路，所述水下自主航行器沿預先規劃好的航路在路徑點間自主航行。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3，圖像處理機對所述聲納圖像進行在線處理，并實時輸出水下目標的位置信息給控制單元，具體為：

步驟301、前視聲納采集的聲納圖像輸入至所述圖像處理機；

步驟302、所述圖像處理機根據預先設置的識別模型，對所述聲納圖像進行目標識別，若所述聲納圖像中存在水下目標，則獲取聲納到水下目標的相對距離與夾角；

步驟303、控制單元從所述水下自主航行器的慣導中獲得所述水下自主航行器的位置信息與姿態信息，送入所述圖像處理機；

步驟304、所述圖像處理機根據所述水下自主航行器的位置信息、姿態信息以及聲納到目標的相對距離與夾角，計算水下目標的位置信息，送入所述控制單元。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述圖像處理機根據預先設置的識別模型，對所述聲納圖像進行目標識別，具體為：

步驟3021、構建卷積神經網絡模型，所述卷積神經網絡模型以聲納圖像作為輸入，以聲納圖像是否存在水下目標作為輸出；

步驟3022、獲取包含水下目標的聲納圖像作為訓練正樣本，以不包含水下目標的聲納圖像作為訓練負樣本，利用所述訓練樣本對所構建的卷積神經網絡模型進行學習和訓練，得到訓練好的卷積神經網絡模型；

步驟3023、由前視聲納實采集實時聲納圖像，輸入至訓練好的卷積神經網絡模型，判斷所述訓練好的卷積神經網絡模型的虛警率，若虛警率高于設定的虛警率閾值，則增加訓練負樣本的個數，重新對所述卷積神經網絡模型進行訓練，再次得到訓練好的卷積神經網絡模型。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4、控制單元根據水下目標的位置信息，進行任務重規劃，所述水下自主航行器根據重規劃得到的航路航行，向目標導引抵近，具體為：

步驟401、所述控制單元獲得連續多個時刻的水下目標的位置信息，進行分類，判斷每個時刻得到的水下目標的位置信息是否屬于同一水下目標，將屬于同一水下目標的位置信息合并，并對屬于同一水下目標的位置信息進行平滑處理，最終得到多個水下目標的位置信息；

步驟402、根據融合后的水下目標的位置信息進行路徑重規劃，重規劃后的航路，其規劃路徑經過所有水下目標所在位置；

步驟403、所述水下自主航行器根據重規劃后的航路對所有水下目標，根據其位置信息進行抵近觀察。

6.一種水下自主航行器目標導引抵近控制系統，其特征在于，包括設置于水下自主航行器上的前視聲納、圖像處理機和控制單元；

水下自主航行器在水下按照預先規劃的航路自主航行；

所述前視聲納，用于對所述水下自主航行器的航行區域進行探測，獲得聲納圖像；

所述圖像處理機，用于對所述聲納圖像進行在線處理，并實時輸出水下目標的位置信息給控制單元；

所述控制單元，用于根據水下目標的位置信息，進行任務重規劃，所述水下自主航行器根據重規劃得到的航路航行，向目標導引抵近。