[发明专利]一种路径跟踪避障制导方法及系统

权利要求书

1.一种路径跟踪避障制导系统，其特征在于，所述路径跟踪避障制导系统包括：

图像数据获取模块，与中央控制模块连接，用于通过CCD摄像机实时采集船舶的航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息；

DSP图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于通过数字图像处理器DSP对采集的船舶航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息进行滤波、灰度化、阈值分割以及形态学的预处理；

所述通过数字图像处理器DSP对采集的船舶航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息进行滤波处理包括：

(1)建立带权的高斯平滑滤波器矩阵模型：

其中:Q为滤波器矩阵，Q为1*n的矩阵；n为矩阵大小阀值；i为距离中心坐标点的相对坐标值，即Q[i]所得为该坐标点相对中心点的权重差；

(2)计算高斯平滑中心点相对左右阀值的差值和；

其中，S[k]为中心点相对左右阀值的差值和；buf[k]为中心点的样本测量值；n为滤波器矩阵大小；

(3)计算高斯平滑处理后的样本值：

其中:buf′[k]为中心点处理后的值；buf[k]为中心点的样本测量值；n为滤波器矩阵大小；

导航参数确定模块，与中央控制模块连接，用于通过参数确定程序根据预处理后的图像信息进行船舶瞄点坐标的提取，进而确定船舶导航参数；

无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线通信设备进行所述路径跟踪避障制导系统数据的无线传输；

中央控制模块，与图像数据获取模块、DSP图像预处理模块、导航参数确定模块、无线通信模块、路径规划模块、路径跟踪控制模块、避障操纵制导模块、运动控制模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述路径跟踪避障制导系统各个模块的正常运行，并控制船舶跟踪预瞄点的自主导航；

路径规划模块，与中央控制模块连接，用于通过路径规划程序对船舶的航行路线进行规划，确定船舶的最优航行轨迹；

路径跟踪控制模块，与中央控制模块连接，用于获取船舶的实时航行轨迹，并通过路径跟踪控制程序根据确定的船舶的最优航行轨迹进行船舶的路径跟踪控制；

避障操纵制导模块，与中央控制模块连接，用于感知船舶周围水域的障碍物信息，并通过避障操纵制导程序根据障碍物优先级序列对障碍物信号进行处理，实现船舶的避障操纵制导，并进行安全预警通知；

运动控制模块，与中央控制模块连接，用于通过运动控制程序根据船舶的航行轨迹和避障操纵制导信息，对船舶的整体运动进行实时控制；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的船舶的航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息、DSP图像预处理结果、船舶导航参数、最优航行轨迹、路径跟踪控制信息、避障操纵制导信息、安全预警通知以及船舶运动控制信息；

更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对采集的船舶的航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息、DSP图像预处理结果、船舶导航参数、最优航行轨迹、路径跟踪控制信息、避障操纵制导信息、安全预警通知以及船舶运动控制信息的实时数据进行更新显示。

2.如权利要求1所述的路径跟踪避障制导方法，其特征在于，步骤二中，所述对采集的船舶航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息进行阈值分割，包括：

运用线性区域阈值分割法对灰度化处理后的图像进行船舶与背景的分割，包括以每列为整体计算类间方差、以最佳阈值对每列类间方差进行分割、每列阈值分割后的图像进行组合、输出最佳阈值分割图像。

3.如权利要求1所述的路径跟踪避障制导方法，其特征在于，步骤三中，所述通过导航参数确定模块利用参数确定程序根据预处理后的图像信息进行船舶瞄点坐标的提取，进而确定船舶导航参数，包括：

(1)通过导航参数确定模块提取出图像的路径边缘信息与预瞄点坐标；

(2)结合CCD摄像机的标定参数，利用参数确定程序最终确定世界坐标系中预瞄点的位置信息和跟踪预瞄点的导航参数；

(3)将确定的船舶导航参数通过无线通信模块传送至中央处理器。