[发明专利]一种无人船的目标识别追踪系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种无人船的目标识别追踪系统及其工作方法，所述系统包括数据采集单元、感知单元、数据处理单元和主控制单元；数据采集单元包括3D激光雷达、发射换能器、一对水听器和组合导航系统，感知单元包括3D激光雷达和两台广角相机；数据处理单元为四核的工控机，主控制单元使用STM32F4处理器，与岸基上位机之间通过无线数传图传模块进行通信。本发明采用3D激光雷达、矢量水听器对水面水下障碍物进行扫描，工控机解析出水面障碍物位置，水听器处理器确定水下障碍物位置，根据获取的障碍物位置，工控机采取避障算法对障碍物进行避障，即实现无人船对水面水下的障碍物避障，达到了能够在水下情况复杂的水域进行作业的目的。

技术领域

本发明属于无人船领域，尤其涉及一种无人船的目标识别追踪系统及其工作方法。

背景技术

无人船作为一种低风险的自主作业产品，在军事生产等各个方面都有着广泛的应用，可以实现自主避障、路径规划等功能，实现水面信息的采集检测等作业任务，为工作生产提供了极大的便利并且避免了高风险任务所带来的风险。但是应对复杂水下环境时，水面激光避障不能做到对水下障碍物的避障，对无人船作业而言，不仅限制了无人船的工作环境而且增加作业中的风险，同时对于不同的海面作业任务，无人船功能较为单一，缺乏一定的自主判断能力，例如，在无人船距离岸基较远时，人眼不可见，无人船不能够对海面特定的目标识别判断，增加了工作难度。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能在水下情况复杂水域自主避障以及在自主避障基础上进行海面特定目标识别追踪的无人船的目标识别追踪系统及其工作方法，以丰富无人船的海面作业内容，减小作业的风险。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种无人船的目标识别追踪系统，包括数据采集单元、感知单元、数据处理单元和主控制单元；

所述数据采集单元包括3D激光雷达、发射换能器、一对水听器和组合导航系统，所述组合导航系统包括GPS导航系统和IMU惯性测量单元；所述发射换能器和一对水听器均与水听器处理器连接；

所述3D激光雷达安装在无人船顶部平台中部；发射换能器安装在无人船下部中央位置，低于浮筒的吃水深度；一对矢量声波水听器安装在无人船下部浮筒内侧；GPS导航系统和IMU惯性测量单元安装在无人船的防水箱中；

所述感知单元包括3D激光雷达和两台广角相机；所述3D激光雷达与数据采集单元中的3D激光雷达共用；两台广角相机分别安装在无人船前部平台左右两侧；

所述数据处理单元为四核的工控机，安装在无人船的防水箱中，并配备大容量的内部存储器；

所述主控制单元使用STM32F4处理器，与岸基上位机之间通过无线数传图传模块进行通信。

进一步地，所述水听器为矢量声波水听器。

进一步地，所述组合导航系统为基于MEMS技术的组合导航系统。

一种无人船的目标识别追踪系统的工作方法，包括以下步骤：

A、数据初始化

初始化岸基上位机操作系统及无人船设备驱动程序。

B、数据信息采集

IMU惯性测量单元获取无人船的实时姿态，所述实时姿态包括加速度、速度和航向角；GPS导航系统获取无人船实时位置；3D激光雷达对前方三维空间进行扫描，获取前方水面上的障碍物信息；一对矢量水听器通过声波信号基于时间差定位方法对水下障碍物进行定位测距；通过I/0口、RS232串口通信协议实现数据传输，将数据信息传输至数据处理单元；

C、视觉信息采集