[发明专利]基于声呐辅助自主导航的AUV导航方法

摘要

本发明涉及基于声呐辅助自主导航的AUV导航方法，属于海底探测技术领域；主要解决现有测绘系统理想探测轨迹与实际值存在差异的问题。本发明利用iSAM算法运行常数项步数的策略，将目标区域进行分块，使处于局部测绘区域的AUV对选择继续探索未知区域还是回访之前的海底环境做出智能化的决策，兼顾海底导航性能和目标区域覆盖率两种竞争诉求，为解决海底运动观测时定位误差累计这一关键技术问题提供了可行性方案。

主权项

一种基于声呐辅助自主导航的AUV导航方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、AUV潜入海底，侧扫声呐工作，对海底图像特征进行采集；步骤二、将高维海底声呐探测图像数据进行降维处理：采用词袋BoW局部特征表达模型来描绘海底探测图像，以满足对海量观测信息的快速的反应能力；步骤三、分别计算两侧声呐图像的特征显著率：采用归一化图像熵来表示声呐图像的特征显著率，$S=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i}p\left({\mathrm{\ω}}_i\right){\log }_{2}p\left({\mathrm{\ω}}_i\right)}{{\log }_2\left|\mathrm{\ω}\right|}$其中|ω|表示声呐观测图像中的局部特征总数，log₂|ω|为特征均匀分布时获得的最大熵，p(w_i)为局部特征ω_i的先验概率密度函数，图像熵表示声呐探测图像中特征的多样性；将上述特征显著率的计算结果与自定义阈值进行比较，产生具有显著特性的声呐观测节点；步骤四、当航行器航行100步时，计算其当前航行的不确定度P，并与不确定阈值P₀进行比较：$P=|{\mathrm{\Σ}}_a^{-}{|}^{\frac{1}{6}}=|{\mathrm{\Σ}}_{\exp }{|}^{\frac{1}{6}},P_0=|{\mathrm{\Σ}}_{allow}{|}^{\frac{1}{6}}$其中|Σ_exp|为自航式测绘系统探索时位姿的一步预测协方差的模，|Σ_allow|表示其位姿允许协方差的模；如果不确定度大于等于不确定阈值，则导航决策AUV重访某回访显著性位姿点；如果不确定度小于此不确定阈值，则导航决策AUV继续探索；步骤五、AUV根据步骤四的决策进行探索或回访：若AUV导航决策判决为回访，则根据最终得到回访点和之前得到的回访路径进行回访；然后原路返回；将之前探索的区域标记为已探索过的区域，然后再继续进行未知区域的探索；若AUV导航决策判决为继续探索，则AUV继续连续探索100步后，同时也将之前探索过的所有区域，标记为已探索过的区域，然后转向步骤四。