[發明專利]一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統及方法

在審

• 申請號: 202110562485.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113342008A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 馬勇;殷翔;嚴新平;張磊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 陳建軍

本發明涉及一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統及方法，該方法包括：空中監測設備集群獲取探測目標的目標位置信息，沿海面監測設備航道進行第一路徑規劃，構建水面航行區域圖，并將水面航行區域圖傳遞至海面監測設備集群；海面監測設備集群根據水面航行區域圖和自身位置信息，沿海面監測設備航道進行第二路徑規劃，到達探測目標的臨近區域，并對臨近區域的水下環境進行探測，構建水下障礙物環境圖，并將水下障礙物環境圖傳遞至海下監測設備集群；海下監測設備集群根據水下障礙物環境圖，進行第三路徑規劃，追蹤至探測目標的位置。本發明采用集群協同優化，減少迭代次數，提高優化效率，快速追蹤目標位置，提高自主協同追蹤能力。

技術領域

本發明涉及無人平臺路徑規劃技術領域，尤其涉及一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統及方法。

背景技術

在狀況不明的水域進行追蹤任務時，僅依靠水面艇追蹤的效率十分低下。無人水面艇在水面航行，探測區域較小。特別是在復雜水域航行時，十分依賴及時避障，路徑規劃的過程復雜，識別整體海域最優航道的能力十分有限。同時，無人水面艇隱蔽性差，追蹤水下目標能力較弱。

海空空中監測設備協同是指海、空中監測設備系統在感知環境、規劃路徑、控制行為、決策下達等流程中，整體上相互協同進行，同時也分別獨立處理和運算，來完成整體設計目標的過程。空中監測設備在空中航行，具有靈活、障礙少、探測視野開闊等特點，能高效完成水面航道環境探測任務；無人潛航器能在水下航行，隱蔽性強，但由于水下航行環境復雜、環境探測效率低，適合短距離航道探測和規劃；無人水面艇在水面航行，水面航行環境較于水下環境更易探測，有利于進行較遠距離的路徑探測規劃。同時無人水面艇較為穩定、負載能力強，可以攜帶其他類型的無人航行器。但現有技術中，海空空中監測設備協同存在探測效率低、路徑規劃不準確等問題，這是源于未充分利用、發揮空中監測設備、無人水面艇和無人潛航器的各自優勢。因此，如何利用空中監測設備、無人水面艇和無人潛航器的相互協同進行準確的目標追蹤是亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統及方法，用以解決現有技術中空中監測設備、無人水面艇和無人潛航器無法協同進行準確的目標追蹤的問題。

本發明提供一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統，包括空中監測設備集群、海面監測設備集群以及海下監測設備集群，其中：

所述空中監測設備集群，用于獲取探測目標的目標位置信息，根據所述目標位置信息沿海面監測設備航道進行第一路徑規劃，構建包含所述目標位置信息和海面監測設備航道中所有障礙物信息的水面航行區域圖，并將所述水面航行區域圖傳遞至所述海面監測設備集群；

所述海面監測設備集群，用于根據所述水面航行區域圖和自身位置信息，沿所述海面監測設備航道進行第二路徑規劃，到達所述探測目標的臨近區域，并對所述臨近區域的水下環境進行探測，構建水下障礙物環境圖，并將所述水下障礙物環境圖傳遞至所述海下監測設備集群；

所述海下監測設備集群，用于根據所述水下障礙物環境圖，進行第三路徑規劃，追蹤至所述探測目標的位置，以完成追蹤任務。

本發明還提供一種海空協同水下目標追蹤的路徑規劃方法，基于如上所述的海空協同水下目標追蹤的路徑規劃系統，包括：

獲取探測目標的目標位置信息，根據所述目標位置信息沿海面監測設備航道進行第一路徑規劃，構建包含所述目標位置信息和海面監測設備航道中所有障礙物信息的水面航行區域圖，并將所述水面航行區域圖傳遞至海面監測設備集群；

根據所述水面航行區域圖和自身位置信息，沿所述海面監測設備航道進行第二路徑規劃，到達所述探測目標的臨近區域，并對所述臨近區域的水下環境進行探測，構建水下障礙物環境圖，并將所述水下障礙物環境圖傳遞至海下監測設備集群；

根據所述水下障礙物環境圖，進行第三路徑規劃，追蹤至所述探測目標的位置，以完成追蹤任務。