[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

说明书

本发明公开一种基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统及方法，所述系统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；任务信息处理模块接收任务信息、并结合AUV自身位置状态对其进行处理，得出动态栅格海图坐标，由一级路径生成模块生成一级路径点集；结合侧扫声呐探测到的声呐图像，由目标特征提取模块将得到目标区域坐标传送给二级路径生成模块生成二级路径点集；基于高度计测得的高度数据传送给三级路径生成模块，生成三级路径点集；最后由自主决策模块基于三种点集得到一条AUV路径，并传送给AUV执行机构。本发明可以实现对海底目标的搜寻的同时兼顾避碰定高航行，可以提高海底目标搜寻的效率。

技术领域

本发明属于海底探测领域，具体涉及一种基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统及方法。

背景技术

AUV执行海洋调查任务无论在军事、经济还是科学领域都有广泛的应用。然而，目前利用AUV执行调查任务，无论是AUV的航路、行为或动作都是预先规划或设计好的离线规划， AUV的作用只是一个搭载了探测传感器的运动观测平台；而且，海洋环境却是未知、动态和不确定的，AUV不具备自主决策的能力，就会造成采集数据的质量低、不可信，甚至是无效的现象，这就需要提高作业量或者作业次数来弥补，不仅浪费AUV的能源而且造成海洋调查效率的低下，严重影响AUV的进一步应用。

如图1所示，传统方式对海图覆盖的航行方法有回弹法、侧跨步法、几字法、螺旋线法和放射法等，算法方式单一，且属于离线算法，既不能实时的对获得的海域数据进行利用，只是让AUV按照指定的轨迹进行运动。比如使用拖拽声波定位仪，水下拖拽部分会被船拖着在海上缓慢行进，速度通常是1到5节；或者是使用自主水下航行器(AUV)的传统航行方法，其搜寻原理是依靠声呐设备在海底扫描，但一整天只能搜寻相当于一个足球场大小的区域搜寻一平方公里可能需要一个月，通常情况下，它首先使用声呐探测，发现可疑目标后回升至水面，改装上摄像机后再次下潜，为搜寻人员提供水下画面。

可见，传统方法为离线搜寻，存在搜寻时间长、搜寻效率低等缺点，为满足AUV能够结合不同海洋调查任务的需求，对当前面临的威胁态势和航行环境进行快速分析和评估，根据评估结果制定相应策略、自动调整航行路线，实现安全自主航行，最终使海洋调查任务的效率更高、质量更好，已经成为水下机器人研究领域的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对传统目标搜寻方法存在的搜寻时间长、搜寻效率低的缺陷，克服现有技术存在的上述缺陷，提出一种基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统及方法，通过对搜寻目标的特征密集度进行在线计算，实现对AUV航行路径的实时优化，有效减少没有必要的低效航行。

本发明是采用以下的技术方案实现的：基于数据驱动的AUV海底目标搜寻航行系统，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，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；

所述侧扫声呐包括左弦声呐和右弦声呐，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；

所述高度计用以采集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；