[发明专利]基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，属于无人艇自主补给技术领域。本发明利用视觉图像信息特征丰富的特点，以视觉检测结果为先验信息，将视觉定位信息与激光雷达点云空间信息进行融合，获取精确的对接定位信息，同时结合目标跟踪预测的搜索框进行目标融合检测，缩短了检测耗时。本发明通过水面无人艇的摄像头和激光雷达融合检测跟踪系统，弥补了摄像头易受光线和气象条件影响、空间信息不准确的缺陷，提供了一套水面无人艇海上补给策略，实现了海上对接补给过程中补给锥套自主检测跟踪和精准定位，有效提升了水面无人艇补给决策能力。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，属于无人艇自主补给技术领域。

背景技术

无人装备代替有人装备执行任务的必然趋势使得水面无人艇在未来海上运输、补给系统中占据重要地位。随着水面无人艇应用的日趋广泛，为减少无人艇群执行任务过程中频繁进出港口进行能源补给，降低其对固定基地的依赖性，避免能源补给耗时长、效率低、操作不便等问题，开展无人艇自主靠泊海上大型补给船进行无人艇海上自主补给研究具有重要意义。在无人艇自动化补给过程中，无人艇与补给装置间的相互主动识别定位，是精准控制无人艇进入补给阵位以及补给装置与目标燃料箱精准对接的前提。目前，船舶领域常用的环境感知定位设备有GPS、海事雷达、激光雷达、摄像头等，GPS和海事雷达远距离感知精度较高，但近距离感知精度较低，激光雷达和摄像头适用于中近程感知定位，可满足无人艇海上自主补给探测范围和探测精度要求，可作为无人艇自动化补给过程中的辅助感知定位手段。

无人对接补给技术目前主要集中在地面车辆、无人机等领域，海上对接补给在有人船方面研究较多，无人船海上对接补给研究较少。无人对接补给技术的难点在于补给过程中的自主对接导航，目前主要依赖于基于视觉的导航技术。摄像头图像特征信息丰富，图像分辨率和角度测量精度较高，但易受光线和气象条件限制，同时难以获取精确的空间信息，水面无人艇在海上运动时受风浪流影响较大，单一传感器在复杂天气环境下适应能力有限，存在信息单一、冗余不足、精度不高，无法满足无人艇海上自主补给场景下精确感知需求的问题。而激光雷达图像特征不足，但其空间分辨率和精度较高，基于以上问题，本技术领域亟需解决如何获得一种基于视觉和激光雷达信息融合技术的无人艇海上补给方法，提升无人艇自主靠泊补给决策能力。

发明内容

本发明的目的是为解决如何获得一种基于视觉和激光雷达信息融合技术的无人艇海上补给方法，提升无人艇自主靠泊补给决策能力的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明提供一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，利用视觉图像信息特征丰富的特点，以视觉检测结果为先验信息，将视觉定位信息与激光雷达点云空间信息进行融合，获取精确的对接定位信息，同时结合目标跟踪预测的搜索框进行目标融合检测，缩短了检测耗时。

优选地，包括以下步骤：

步骤1：水面无人艇发出补给请求，大型补给船通过一定通讯手段接收到补给请求后，以一定航速和航向在指定区域巡航待机；

步骤2：水面无人艇通过艇载GPS和导航雷达得到大型补给船绝对位置信息，依靠艇载自主航行控制系统，以一定规划和控制策略到达指定区域，即水面无人艇与大型补给船汇合区域，同时在持续靠近大型补给船的过程中，通过大型补给船航向和水面无人艇运动最新点到大型补给船运动最新点航线间的夹角，判断目前水面无人艇位于大型补给船左舷或右舷，并控制水面无人艇从大型补给船右舷侧靠近；

步骤3：水面无人艇到达汇合区域后，进入补给对接阶段，大型补给船在右舷侧放下补给锥管，同时水面无人艇摄像头和激光雷达系统开启，水面无人艇导航模式由GPS和导航雷达模式转变为视觉和激光雷达模式；