[發(fā)明專利]基于視覺和激光雷達信息融合的水面無人艇自主補給方法

在審

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• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116382272A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張佩;陳成;封佳祥;錢曉立;黃文斌;王建;徐昊;王力鋒;馬陳飛;鄭宏偉;苗川
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶集團有限公司第七○八研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;張業(yè)民

本發(fā)明涉及一種基于視覺和激光雷達信息融合的水面無人艇自主補給方法，屬于無人艇自主補給技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用視覺圖像信息特征豐富的特點，以視覺檢測結(jié)果為先驗信息，將視覺定位信息與激光雷達點云空間信息進行融合，獲取精確的對接定位信息，同時結(jié)合目標(biāo)跟蹤預(yù)測的搜索框進行目標(biāo)融合檢測，縮短了檢測耗時。本發(fā)明通過水面無人艇的攝像頭和激光雷達融合檢測跟蹤系統(tǒng)，彌補了攝像頭易受光線和氣象條件影響、空間信息不準(zhǔn)確的缺陷，提供了一套水面無人艇海上補給策略，實現(xiàn)了海上對接補給過程中補給錐套自主檢測跟蹤和精準(zhǔn)定位，有效提升了水面無人艇補給決策能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于視覺和激光雷達信息融合的水面無人艇自主補給方法，屬于無人艇自主補給技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人裝備代替有人裝備執(zhí)行任務(wù)的必然趨勢使得水面無人艇在未來海上運輸、補給系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。隨著水面無人艇應(yīng)用的日趨廣泛，為減少無人艇群執(zhí)行任務(wù)過程中頻繁進出港口進行能源補給，降低其對固定基地的依賴性，避免能源補給耗時長、效率低、操作不便等問題，開展無人艇自主靠泊海上大型補給船進行無人艇海上自主補給研究具有重要意義。在無人艇自動化補給過程中，無人艇與補給裝置間的相互主動識別定位，是精準(zhǔn)控制無人艇進入補給陣位以及補給裝置與目標(biāo)燃料箱精準(zhǔn)對接的前提。目前，船舶領(lǐng)域常用的環(huán)境感知定位設(shè)備有GPS、海事雷達、激光雷達、攝像頭等，GPS和海事雷達遠距離感知精度較高，但近距離感知精度較低，激光雷達和攝像頭適用于中近程感知定位，可滿足無人艇海上自主補給探測范圍和探測精度要求，可作為無人艇自動化補給過程中的輔助感知定位手段。

無人對接補給技術(shù)目前主要集中在地面車輛、無人機等領(lǐng)域，海上對接補給在有人船方面研究較多，無人船海上對接補給研究較少。無人對接補給技術(shù)的難點在于補給過程中的自主對接導(dǎo)航，目前主要依賴于基于視覺的導(dǎo)航技術(shù)。攝像頭圖像特征信息豐富，圖像分辨率和角度測量精度較高，但易受光線和氣象條件限制，同時難以獲取精確的空間信息，水面無人艇在海上運動時受風(fēng)浪流影響較大，單一傳感器在復(fù)雜天氣環(huán)境下適應(yīng)能力有限，存在信息單一、冗余不足、精度不高，無法滿足無人艇海上自主補給場景下精確感知需求的問題。而激光雷達圖像特征不足，但其空間分辨率和精度較高，基于以上問題，本技術(shù)領(lǐng)域亟需解決如何獲得一種基于視覺和激光雷達信息融合技術(shù)的無人艇海上補給方法，提升無人艇自主靠泊補給決策能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決如何獲得一種基于視覺和激光雷達信息融合技術(shù)的無人艇海上補給方法，提升無人艇自主靠泊補給決策能力的技術(shù)問題。

為達到解決上述問題的目的，本發(fā)明提供一種基于視覺和激光雷達信息融合的水面無人艇自主補給方法，利用視覺圖像信息特征豐富的特點，以視覺檢測結(jié)果為先驗信息，將視覺定位信息與激光雷達點云空間信息進行融合，獲取精確的對接定位信息，同時結(jié)合目標(biāo)跟蹤預(yù)測的搜索框進行目標(biāo)融合檢測，縮短了檢測耗時。

優(yōu)選地，包括以下步驟：

步驟1：水面無人艇發(fā)出補給請求，大型補給船通過一定通訊手段接收到補給請求后，以一定航速和航向在指定區(qū)域巡航待機；

步驟2：水面無人艇通過艇載GPS和導(dǎo)航雷達得到大型補給船絕對位置信息，依靠艇載自主航行控制系統(tǒng)，以一定規(guī)劃和控制策略到達指定區(qū)域，即水面無人艇與大型補給船匯合區(qū)域，同時在持續(xù)靠近大型補給船的過程中，通過大型補給船航向和水面無人艇運動最新點到大型補給船運動最新點航線間的夾角，判斷目前水面無人艇位于大型補給船左舷或右舷，并控制水面無人艇從大型補給船右舷側(cè)靠近；

步驟3：水面無人艇到達匯合區(qū)域后，進入補給對接階段，大型補給船在右舷側(cè)放下補給錐管，同時水面無人艇攝像頭和激光雷達系統(tǒng)開啟，水面無人艇導(dǎo)航模式由GPS和導(dǎo)航雷達模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X和激光雷達模式；