[发明专利]一种水下智能避障声呐系统与障碍物检测方法

说明书

本发明涉及一种水下智能避障声呐系统，包括：声波发射模块、声波接收模块以及数据处理模块；其中，声波发射模块用于在水下发射指定形式的声波信号；声波接收模块用于在水下接收指定形式的声波信号；数据处理模块用于对接收到的声波信号进行处理，包括：构造回波信号的非线性特征，根据非线性特征抑制气泡回波噪声，以及检测回波信号中的局部波峰，通过对局部波峰宽度的计算实现障碍物检测。本发明所提供的水下智能避障声呐系统可以有效的避免气泡带形成的避障声呐的虚警问题。

技术领域

本发明涉及水下避障领域，特别涉及一种水下智能避障声呐系统与障碍物检测方法。

背景技术

随着自动控制，电子计算机和能源技术的快速发展，水下无人航行器的应用越来越广泛。自主智能避障是水下无人航行器在水下活动时的一个关键。为了保障水下无人航行器的航行安全，水下无人航行器大都配备避障声呐。

当水下无人航行器在近岸活动时，避障声呐受船只航行造成的水下气泡影响非常大，经常会将气泡带误报为障碍物，从而形成虚警。现有避障声呐大都采用阈值比较方式判定是否为障碍物。由于气泡的目标强度较高，声波遇到气泡后会有较强的回波，通过阈值判定会造成虚警和误判。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的避障声呐容易将气泡误报为障碍物的缺陷，从而提供一种能有效避免气泡带形成的虚警问题的避障声呐系统与障碍物检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水下智能避障声呐系统，包括：声波发射模块、声波接收模块以及数据处理模块；其中，

所述声波发射模块用于在水下发射指定形式的声波信号；所述声波接收模块用于在水下接收指定形式的声波信号；所述数据处理模块用于对接收到的声波信号进行处理，包括：构造回波信号的非线性特征，根据所述非线性特征抑制气泡回波噪声，以及检测回波信号中的局部波峰，通过对局部波峰宽度的计算实现障碍物检测。

上述技术方案中，所述声波发射模块包括发射换能器和发射机，由发射机产生的指定形式的声波信号经发射换能器转换后发射出去。

上述技术方案中，所述声波接收模块包括接收机和接收换能器；所述接收换能器用于将声信号转换为电信号，所述接收机用于将电信号进行调理放大，并将模拟信号转换为数字信号。

本发明还提供了基于所述的水下智能避障声呐系统所实现的障碍物检测方法，包括：

步骤1）、发射声波信号；

步骤2）、接收所发射声波信号的回波信号；

步骤3）、构造所接收的回波信号的非线性特征，利用该非线性特征作为度量算子抑制气泡回波噪声；

步骤4）、根据经过步骤3）处理的回波信号实现障碍物检测。

上述技术方案中，在所述步骤1）中，所发射的声波信号为一组声波信号，其发射周期为T，发射脉冲数为N；当发射脉冲数N为2时，所述发射信号采用如下表示：

s(t)＝p(t)-p(t-Δ)

其中，Δ表示同一周期两个脉冲之间的间隔；p(t)为任意信号形式。

上述技术方案中，在所述步骤2）中，声波发射完成后，延迟一定的时间τ，开始接收声信号；所接收的声信号e(t)采用如下表达式：