[发明专利]基于FPGA和信息融合的无人船避障控制系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA和信息融合的无人船避障控制系统，包括PC岸基平台和船载系统，船载系统包括雷达模块、CMOS图像传感器、第一DSP处理模块、第二DSP处理模块、FPGA处理器、GPS模块、驱动模块、姿态感知模块、电源管理模块、通信模块；雷达模块将雷达信息传给第一DSP处理模块，CMOS图像传感器将图像信息传递给第二DSP处理模块，第一DSP处理模块、第二DSP处理模块、GPS模块、驱动模块、姿态感知模块、电源管理模块、通信模块分别与FPGA处理器连接。本发明能准确、快速地获取障碍物的形状、大小、距离等信息，为无人船控制和自主避障等一系列智能功能提供非常可靠的外部信息数据。

技术领域

本发明涉及无人船避障控制领域，具体涉及一种基于FPGA和信息融合的无人船避障控制系统。

背景技术

近年来，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进，船舶自动化水平不断提高，智能化船舶成为船舶的主要发展趋势。在无人驾驶领域，相比于无人机、无人汽车等，无人船艇的发展处于相对落后的状态。无人船艇包括具有自主规划、自主航行、自主环境感知能力的全自主型无人船艇，以及非自主航行的遥控型无人船艇和按照内置程序航行并执行任务的半自主型无人船艇。它集船舶设计、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体，研究内容涉及自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等多方面。目前，无人船避障的主要方法有：运用雷达探测技术的雷达避障、用于机器视觉技术的机器视觉避障等。

雷达探测技术属于一种主动探测技术，可以直接测量与目标物体的距离、速度、方位等信息，其优点是信号穿透能力强，能够在阴雨、大雾、浓烟等恶劣天气条件下进行探测。雷达技术检测范围大，技术发展时间长，目前各种目标检测算法已比较成熟。激光雷达较毫米波雷达能够提供更高的精度，但由于成本也很高，其推广受到了一定的阻碍。目前，雷达技术还存在一些缺陷，如雷达系统光学分辨率和系统扫描速度都很低，并且多个雷达系统同时在近距离进行检测的情况下会产生干涉反应使检测效果变差。

机器视觉技术具有探测范围大，信息量大，遥测功能强等特点。机器视觉的不足之处在于对数据处理系统的实时性能要求较高，易受外界环境的影响。

现有的无人船艇仅仅依靠单一的传感器进行避障，无法保证信息的准确性和可靠性，比如利用雷达传感器作为船舶避障传感器时，存在盲区，而且只能感知障碍物的距离和速度，不能感知障碍物的大小、形状等信息。在采用机器视觉避障时，容易收到外界环境的影响，比如大雾，浓烟，阴雨等情况，无法准确避障。而且现有的无人船避障控制系统的处理器通常采用嵌入式ARM等嵌入式处理器，存在运行速度较慢，灵活度不够等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能准确、快速地获取障碍物的形状、大小、距离等信息的基于FPGA和信息融合的无人船避障控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于FPGA和信息融合的无人船避障控制系统，包括PC岸基平台和船载系统，所述PC岸基平台、船载系统通过通信模块进行无线通信；所述船载系统包括雷达模块、CMOS图像传感器、第一DSP处理模块、第二DSP处理模块、FPGA处理器、GPS模块、驱动模块、姿态感知模块、电源管理模块、通信模块；所述雷达模块将搜集的无人船周边障碍物的距离及速度信息传递给第一DSP处理模块进行预处理，所述CMOS图像传感器将搜集的无人船前方区域的障碍物形状、大小尺寸图像信息传递给第二DSP处理模块进行预处理，所述第一DSP处理模块、第二DSP处理模块、GPS模块、驱动模块、姿态感知模块、电源管理模块、通信模块分别与FPGA处理器连接；第一DSP处理模块将雷达信息传递给FPGA处理器，第二DSP处理模块将图像信息传递给FPGA处理器，FPGA处理器经过通信模块将信息传送给PC岸基平台，PC岸基平台对信息进行融合后再传递给FPGA处理器；FPGA处理器接收PC岸基平台融合后的信号，并根据PC岸基平台发来的位置信息，目的地信息控制驱动模块进行自主控制和避障。