[发明专利]基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统及方法

权利要求书

1.基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统，其特征在于，包括任务信息处理模块、侧扫声呐、目标特征提取模块、高度计、一级路径生成模块、二级路径生成模块、三级路径生成模块、自主决策模块和AUV执行机构；

所述任务信息处理模块用以接收待搜寻目标的任务参数，所述任务参数包括所搜寻区域的坐标集合P_in，栅格大小为d_in；任务信息处理模块结合AUV当前位置对任务参数进行处理，得到最小外接栅格化后的区域坐标集合P_mission和任务区域参数集MissionMap，栅格大小为d_mission，任务区域参数集MissionMap包括任务区域的长度Length，宽度Width和栅格数量N_grid；任务信息处理模块结合AUV自身位置状态对所接收的任务参数进行处理，得到动态栅格海图坐标，并将其传递到一级路径生成模块获得一级路径点集P_I：

所述任务信息处理模块依据AUV的当前位置，以距离AUV当前位置几何距离最近的点P₀作为原点，任务区域的长边所在直线为x轴，任务区域的短边所在直线为y轴建立直角坐标系xOy，

其中：

其中，x_mission指任务区域顶点的经度坐标，x_AUV指AUV当前位置的经度坐标，y_mission指任务区域顶点的纬度坐标，y_AUV指AUV当前位置的纬度坐标；

所述一级路径生成模块结合侧扫声呐的低频扫描距离l_LOW和高频扫描距离l_HIGH，以2l_LOW为单位，将任务区域分为个子区域，生成一级路径点集P_I：

其中，(x_i,y_i)为航行路径点坐标，N为大于0的正整数；

所述侧扫声呐包括左弦声呐和右弦声呐，左弦声呐和右弦声呐对称安装在AUV的腹部两侧，且左弦声呐和右弦声呐至少具有高频、低频两种不同的扫描频率，用以探测目标声呐图像，由目标特征提取模块基于所探测的目标声呐图像对待搜寻目标的目标区域坐标进行提取，并将提取的目标区域坐标传输至二级路径生成模块获得二级路径点集P_II；所述二级路径生成模块根据实时更新的xOy坐标系，结合AUV实时的位置P_AUV生成二级路径点集P_II：

P_II＝{(x_i,y_i)|x_i＝P_AUV,y_i＝i·l_HIGH,i∈N}；

所述高度计安装在AUV的艏部，用以采集AUV前方的海底高度h，并将测得的高度数据传输给三级路径生成模块获得三级路径点集P_III；所述三级路径生成模块根据实时更新的海底高度h，生成三级路径点集P_III:

P_III＝ε(h_safe-h)·f(h)+ε(h-h_safe)·h_mode

其中，h_safe为安全的对海底高度，ε(h_safe-h),ε(h-h_safe)为阶跃函数，λ为幅度因子，σ为响应因子，h_mode为AUV不同频率的侧扫声呐下对应的对底高度，k为扫描高度因子；

所述自主决策模块接收一级路径点集P_I、二级路径点集P_II和三级路径点集P_III，通过决策分析获得一条AUV路径点集P_op并传输给AUV执行机构，实现对海底目标的搜寻控制。