[发明专利]一种基于无人平台的海洋环境与目标综合感知方法

说明书

本发明涉及一种基于无人平台的海洋环境与目标综合感知方法，包括：将浮标、潜标、无人船和水下无人潜航器UUV四种无人平台作为感知节点，构成水下立体综合感知网络；浮标、潜标、无人船和UUV采集到的声光电磁数据，被分别送至相应平台上的数据预处理模块；特征提取模块对预处理后的水声信号、水上水下图像、声呐图像和磁测数据进行特征提取；设计特征分类器模块；实现无人平台声光电磁等特征的初步感知识别，综合判断信号的类别，确定水下目标是否为待探测或待感知目标；如果集成学习模块判定水下目标为待探测或待感知目标后，则无人平台将继续通过以下步骤使用人工智能方法对水声信号数据、水上水下图像数据、声呐图像和磁测数据进行智能化分析。

技术领域

本发明涉及海洋勘探领域，特别是一种基于无人平台的海洋环境与目标综合感知方法。

背景技术

对海洋环境(如海底地貌、海水水质等)和海洋目标(如海洋哺乳动物、水下潜艇、水面舰船等)进行综合感知，是连接人与海洋的重要纽带。近年来，随着我国经济的发展，水下感知技术在海洋资源勘探、海洋环境监测、水下目标探测等领域发挥着越来越重要的作用。传统海洋感知技术多是由单一类型观测平台或单一类型传感器组成。由于观测平台类型单一，传感器种类和数量较少，使得传统感知技术不具有灵活多变的优势，也无法对探测目标进行多方位、多信息的精确协同感知，因此越来越难以满足海洋环境和水下目标感知的需要。同时，布设、移动复杂的海洋感知设备需要消耗巨大的人力物力和财力，感知成本较高。随着海洋仪器智能化的发展，越来越多的水上无人平台(如无人船、浮标)或水下无人平台(潜标、水下无人潜航器)开始应用于海洋环境和海洋目标感知，然而，这些技术多是被单一应用，不能充分发挥无人平台的协同优势。同时，不同平台、不同感知节点及不同感知传感器获取的感知数据多是独立的，多个感知特征无法深度融合，无法实现海洋环境和水下目标的精确感知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于不同无人平台的声、光、电磁多种感知方式相结合的协同立体海洋信息感知方法。技术方案如下：

一种基于无人平台的海洋环境与目标综合感知方法，包括：

(1)将浮标、潜标、无人船和水下无人潜航器UUV四种无人平台作为感知节点，构成水下立体综合感知网络。

(2)浮标、潜标、无人船和UUV采集到的声光电磁数据，被分别送至相应平台上的数据预处理模块，数据预处理模块对该平台搭载的不同探测设备所采集的声光电磁数据进行预处理；数据预处理模块将预处理后的数据送至特征提取模块；

(3)特征提取模块对预处理后的水声信号、水上水下图像、声呐图像和磁测数据进行特征提取；

(4)基于传统模式识别方法设计特征分类器模块，对提取到的声光电磁特征数据进行识别和分类，分类器模块分别输出对声光电磁特征的分类结果；

(5)通过集成学习模块，将特征分类器中的个体学习器按照bagging方法进行结合，并使用集成学习中最常用的投票法将若干个体分类器输出整合为强分类器的输出；实现无人平台声光电磁等特征的初步感知识别，综合判断信号的类别，确定水下目标是否为待探测或待感知目标；

(6)如果集成学习模块判定水下目标为待探测或待感知目标后，则无人平台将继续通过以下步骤使用人工智能方法对水声信号数据、水上水下图像数据、声呐图像和磁测数据进行智能化分析；

(7)基于水声信号识别分析模块、图像分类和特征感知模块、磁异常感知模块的感知结果，通过数据融合模块，对水下目标大小、形状、速度和距离信息进行估计，确定水下目标具体类别，从而实现水下目标进行全方位立体感知。

优选地，水下立体综合感知网络包括：

(1)在浮标和潜标上搭载被动式水听器或被动式水听器阵列进行水下声探测，搭载磁力仪进行水下电磁探测；同时，在潜标上搭载温盐深仪，对固定地点的水下温度、盐度和深度等基本海洋环境参数进行测量；