[发明专利]一种无人船的目标识别追踪系统及其工作方法

摘要

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。

主权项

1.一种无人船的目标识别追踪系统，其特征在于：包括数据采集单元、感知单元、数据处理单元和主控制单元(10)；所述数据采集单元包括3D激光雷达(5)、发射换能器(2)、一对水听器(1)和组合导航系统，所述组合导航系统包括GPS导航系统(11)和IMU惯性测量单元(12)；所述发射换能器(2)和一对水听器(1)均与水听器处理器(9)连接；所述3D激光雷达(5)安装在无人船顶部平台中部；发射换能器(2)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(1)安装在无人船下部浮筒内侧；GPS导航系统(11)和IMU惯性测量单元(12)安装在无人船的防水箱(7)中；所述感知单元包括3D激光雷达(5)和两台广角相机(3)；所述3D激光雷达(5)与数据采集单元中的3D激光雷达(5)共用；两台广角相机(3)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(8)，安装在无人船的防水箱(7)中，并配备大容量的内部存储器；所述主控制单元(10)使用STM32F4处理器，与岸基上位机之间通过无线数传图传模块(4)进行通信；各器件的功能如下：所述数据采集单元基于组合导航系统对无人船的地理位置以及无人船姿态信息进行采集，GPS导航系统(11)获取无人船的实时位置信息，IMU惯性测量单元(12)获取无人船的实时加速度、速度和航向角，发射换能器(2)向水下发射声波信号，水听器(1)对水下障碍物反射回的声波信号进行接收以确定障碍物的方位；所述广角相机(3)对无人船前方图像信息进行采集；所述3D激光雷达(5)感知单元与数据采集单元共用；3D激光雷达(5)为数据采集单元采集周围障碍物信息，并用于避障；3D激光雷达(5)为感知单元对前方水面进行检测，获取检测识别目标，以实现与广角相机(3)融合；所述岸基上位机接收无人船在水面发送回的数字信号、图像信号以及水面采集的信息，在无人船自主判断出现问题的时候，无人船的遥控天线(6)接收岸基上位机发送指令，控制无人船的工作或返航；所述工控机(8)对3D激光雷达(5)的数据进行解析获取障碍物的位置信息，并与水听器(1)定位到的水下障碍物的位置信息进行融合，根据采集的环境信息以及无人船的实时姿态进行实时的环境建模，选取可行区域；采用工控机(8)对视觉信息进行处理，将3D激光雷达(5)图像和广角相机(3)图像进行融合，对融合图像做图像处理，提取感兴趣区域，获取跟踪识别目标；工控机(8)进行视觉处理以及3D激光雷达(5)数据解析后需要占用的较大内存空间，故需要大容量的内部存储器；所述水听器处理器(9)采用STM32F4系列处理器，控制发射换能器(2)的信号发射，加入定位算法对水听器(1)接收到的信号做算法处理，实现对水下障碍物测距定位；所述主控制单元(10)采用STM32F4系列处理器作为底层控制，对无人船电机进行控制，根据数据处理单元获取的可行区域及识别追踪目标，实现无人船在自主避障基础上的目标识别追踪。