[发明专利]基于多项式拟合的UUV海底地形跟踪路径滚动生成方法

说明书

本发明属于UUV航行运动路径规划领域，具体涉及基于多项式拟合的UUV海底地形跟踪滚动路径生成方法。本发明采用基于慎思式路径滚动生成的UUV海底地形跟踪方法能够实现对未知复杂海底地形的跟踪，规划生成的跟踪路径安全性好，可以最大程度的避免与海底地形的碰撞。本发明采用多项式拟合的方法生成跟踪路径，在声呐探测海底地形信息不完全的情况下，仍然可以生成理想的跟踪路径，实现UUV对海底地形的有效定高跟踪。本发明不需要海底地形的先验知识，实现了UUV对海底地形的在线探测、规划与跟踪的统一，且计算量小、实时性好，利于工程实现。

技术领域

本发明属于UUV航行运动路径规划领域，具体涉及基于多项式拟合的UUV海底地形跟踪滚动路径生成方法。

背景技术

UUV在执行海底地形勘测、海底目标搜索作业任务时，为了获得良好的地形勘测和目标搜索效果，需要UUV采取海底地形跟踪的航行方式以获得良好的作业效果。UUV海底地形跟踪过程中，一方面要求UUV保持对起伏海底地形的恒定高度，另一方面要求UUV不能与起伏海底地形相撞。此外，由于海底地形是未知的，UUV必须利用所配置的探测声纳在线获取海底地形信息，进而实现基于在线探测的海底地形跟踪。UUV海底地形跟踪方法主要分为反应式地形跟踪和慎思式地形跟踪两大类。反应式地形跟踪是指UUV根据在线探测的海底地形信息，直接生成运动控制指令以实现海底地形跟踪。慎思式地形跟踪是指UUV根据在线探测的海底地形信息，规划生成地形跟踪路径，然后UUV通过跟踪该路径以实现海底地形跟踪。相比于反应式地形跟踪，慎思式地形跟踪能够实现对更复杂海底地形的跟踪，而且规划生成的跟踪路径的安全性好，可以最大程度地避免与海底地形的碰撞。

慎思式地形跟踪重点解决两个问题，一个是利用探测的海底地形信息如何在线生成跟踪路径，另一个是针对在线探测只能获得局部海底地形的情况，如何滚动生成跟踪路径。本发明利用UUV自身配置的前视多波束声呐对海底地形进行探测，根据探测点集解算出局部地形点集，然后基于局部地形点集进行定高仿射形成局部地形仿射点集，再基于局部地形仿射点集采用多项式拟合的方法规划生成局部跟踪路径，UUV对局部跟踪路径进行局部跟踪，局部跟踪完成后重复上述步骤，最终实现对海底地形有效、安全跟踪。

申请号为201410619398.7的专利文件中公开了“一种UUV抵近海底作业的定高航行系统及航行方法”，实现UUV近海底作业时对海底地形的定高航行，本质上也是实现海底地形跟踪。首先，该发明专利是利用两个单波束声纳进行海底地形信息探测，与本发明利用一个前视多波束声纳探测海底地形信息不同。其次，该发明专利实现UUV海底地形跟踪的方法与本发明不同，其属于反应式海底地形跟踪方法，是通过解算出UUV的高度运动指令实现海底地形跟踪。而本发明属于慎思式海底地形跟踪方法，是对探测到的海底地形信息进行拟合滚动生成局部跟踪路径，然后UUV不断地跟踪局部跟踪路径实现海底地形跟踪。

申请号为201910618905.8的专利文件中公开了“一种基于地形特征提取的UUV海底地形跟踪系统及跟踪方法”，实现海底地形跟踪。首先，该发明专利是利用三个单波束声纳进行海底地形信息联合探测，与本发明利用一个前视多波束声纳探测海底地形信息不同。其次，该发明专利实现UUV海底地形跟踪的方法与本发明不同，其属于反应式海底地形跟踪方法，是利用三个单波束声纳联合探测到的海底地形信息提取出海底地形特征，然后基于不同的海底特征生成高度运动指令实现海底地形跟踪。而本发明属于慎思式海底地形跟踪方法，是对探测到的海底地形信息进行拟合滚动生成局部跟踪路径，然后UUV不断地跟踪局部跟踪路径实现海底地形跟踪。

发明内容

本发明的目的在于提供可应用于UUV对复杂海底地形进行有效、安全跟踪的一种基于多项式拟合的UUV海底地形跟踪路径滚动生成方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：