[发明专利]一种水下机器人的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及自主水下机器人的导航技术，属于海洋工程技术领域。

背景技术

自主水下机器人是目前海洋工程领域技术发展的热点，在水下环境监测、近海石油工程作业、水下搜索与测绘、以及水雷对抗和实时战区警戒等军事领域获得越来越广泛的应用。而导航技术是实现AUV自主航行的关键。AUV所具有的工作时间长、环境复杂、信息源少、隐蔽性要求高等特点，给稳定、精确的导航实现带来很大的挑战。首先，由于电磁波在水下的快速衰减，传统的GPS卫星导航技术只适用于水体表层有限的区域；其次，基于声学导航的长基线和短基线定位技术需要预先布设或者船体安装外部信标，使得AUV活动范围受到限制；此外对于小型机器人而言，采用低成本、小体积的惯性导航技术或者航位推算技术，无法满足中、长程航行的导航要求。基于以上原因，发展适用于中、长航程的新型导航技术，并联合传统的惯性导航技术形成组合导航已成为目前水下机器人导航技术发展的重要趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下机器人的检测方法。

本发明利用AUV搭载的声纳对未知海底环境进行海底特征目标检测，同时通过检测得到的海底特征目标之间的相关性来实现对AUV自身的定位，本发明在实质上是SLAM技术的一种简化形式。本发明通过迭代的方法使后验概率达到最大化以实现AUV的位置估计，即在AUV的初始位置先验通过GPS定位系统测量得到的情况下，融合其他测量数据，利用AUV的状态转移信息及海底特征声纳成像信息，通过代价函数最优，而代价函数最优也就是后验概率最大，从而实现AUV的同时检测与定位。本发明与INS、DVL导航等相组合，从而修正目前INS、DVL由于长时间水下航行导致的因时间积累而产生的全局导航误差，从而实现高 精度的水下机器人组合导航，显著提高AUV整体导航的性能。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该自主水下机器人的同时检测与定位方法包括如下步骤：

(1)在自主水下机器人下潜之前，利用GPS定位系统和航向角测量工具获取自主水下机器人的当前位置信息，所述当前位置信息包括自主水下机器人的水平面直角坐标位置和自主水下机器人的航向角；

(2)在自主水下机器人下潜过程中，利用声纳开始接收声波数据，所述声波数据包括声信号的幅度，对当前声波数据进行波束形成处理以对海底地形地貌成像；

(3)在自主水下机器人下潜后，在对声纳所接收的当前声波数据进行波束形成处理以对海底地形地貌成像并在成像时对自主水下机器人进行位置估计；根据当前与前一次海底地形地貌成像的像差得到当前测量条件概率；根据当前和前一次的位置估计利用公式(1)得到自主水下机器人在当前与后一次位置估计之间的转移概率

p(xI|xI-1)＝C/(x&OverBar；I+Ax&OverBar；I-1)---(1)]]>

式(1)中，和分别表示当前和前一次的位置估计，C为归一化常数，A表示自主水下机器人在前一次和当前次位置估计之间的转移矩阵，p(xI|xI-1)表示自主水下机器人在前一次和当前次位置估计之间的转移概率；

根据所述当前测量条件概率和所述自主水下机器人在当前与后一次位置估计之间的转移概率得到自主水下机器人当前位置估计的后验概率；

(4)重复步骤(3)得到自主水下机器人所有位置估计的后验概率；

(5)根据所述自主水下机器人所有位置估计的后验概率得到自主水下机器人的运动轨迹的估计，根据自主水下机器人的运动轨迹的估计得到自主水下机器人的自主水下机器人的实际运动轨迹。

本发明相比于现有技术的主要优点为：(1)利用概率的方法表示海底地形地貌的特征，因此对于缺少点、线等图像特征的非结构化海底地形以及较低质量的声纳接收数据，本发明仍然具有较好的宽容性，同 时也具有广泛的适用性；(2)较卡尔曼滤波等方法而言，本发明没有建模误差，其精度也较卡尔曼滤波等方法高；

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

具体实施方式

本发明自主水下机器人的同时检测与定位方法具体如下：

(1)在自主水下机器人下潜之前，利用GPS定位系统和航向角测量工具获取AUV的当前位置信息x1，x1＝[i(1)，j(1)，θ(1)]，其中，i(1)和j(1)为AUV的当前水平面直角坐标位置，θ(1)为AUV的航行的当前航向角。航向角测量工具是指具有测量航行角功能的测量工具，例如惯性测量单元、电子罗盘等。