[发明专利]一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法及装置，包括：能够滚动地对海底进行连续扫测的剖面声纳，以及声纳计算机；所述声纳计算机包括：能够根据接收到的回波数据建立海底声学图像的模块，能够对海底声学图像进行滤波去噪、灰度增强和帧间处理的模块，能够对完成滤波去噪、灰度增强和帧间处理的海底声学图像进行图像分割处理得到海底地形的轮廓线的模块，以及能够对轮廓线进行地形识别的模块；所述剖面声纳安装于所述潜水器的一侧并与其滚动中心线对齐，所述声纳计算机安装于所述潜水器内部。本发明具有的有益效果：能够对海底取得良好的自主探测与处理效果，为潜水器的研制奠定重要的技术基础。

技术领域

本发明属于潜水器技术领域，具体涉及一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法及装置。

背景技术

潜水器作为人类开发利用海洋的主要技术手段之一，已成为海洋高新技术的重要前沿。大量潜水器相继涌现，包括载人潜水器(HOV)、有缆遥控的无人潜水器(ROV)以及无缆自主的无人潜水器(AUV)等。这些潜水器如AUV，最多在近海底巡航或座底待命，无法在海床上自由机动。而可在海底作业的如履带式ROV需要脐带缆水面供电，故目前世界上尚未出现兼具海底运动和水中浮游功能的多栖型的潜水器。

不同于常规潜水器在水下稀疏空间的作业工况，海底存在复杂、未知的局部地形地貌变化特征，属于典型的非结构化环境，对多栖型的潜水器的海底滚进构成了空间运动约束关系。尤其是障碍物、坡面和沟坑等特殊地形，是多栖型的潜水器在海底行进中的重要关注点。

与光学相比，声学成像具有探测距离远、不受水域能见度和照明度限制的优势，广泛用于海洋探测。但在紧贴海底的作业工况下，常规声学探测方式受到限制，如“蛟龙”号载人潜水器在海底作业时，前视声纳安装在其艇艏的顶部，离底高度可达3.5米以上。因此，当潜水器近乎贴底时，前视声学探测方式几乎失效，无法感知正常环境。

综上所述，必须发明一种新的探测方法，对上述典型地形进行预判，提示危险存疑区域，增强运动过程的平稳性，为多栖型的潜水器自主避障与局部规划提供有效参考。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法及装置，能够对海底取得良好的自主探测与处理效果，为潜水器的研制奠定重要的技术基础。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，包括如下步骤：

S1：令声纳头与海底保持一较小距离滚动地对海底进行连续扫测并将扫测数据发送至声纳计算机；

S2：声纳计算机根据接收到的回波数据建立海底声学图像；

S3：对S2中的海底声学图像进行滤波去噪、灰度增强和帧间处理；

S4：对S3中得到的海底声学图像进行图像分割处理得到海底地形的轮廓线。

进一步地，S2中，利用对相邻波束的输出幅度内平均内插四点波束的输出值的方法扩展后生成海底声学图像。

进一步地，S3中，采用中值滤波方法对海底声学图像进行滤波去噪处理。

进一步地，S3中，中值滤波方法包括如下步骤：

S31：将像素(i,j)周围3×3方形窗口的像素值读入数组array[9]；

S32：用冒泡法对数组array进行顺序，array[4]为该邻域中值；

S33：用array[4]代替P(i,j)。

进一步地，S4中，图像分割方法包括如下步骤：

S41：对海底声学图像的直方图进行统计，选取统计分布中大于前5％的灰度值作为高阈值，选取统计分布中大于前20％的灰度值作为低阈值；