[发明专利]悬浮式水下自主航行器的多航次地图定位和导航方法

说明书

本发明公开了一种浮式水下自主航行器的多航次地图定位和导航方法，包括：S1航行器沿预设航行路径巡航，获取水下地形的照片序列；S2图像数据处理并进行闭环检测；S3特征匹配以优化照片序列；S4计算照片的显著性；S5地图精度评价；S6多航次巡航，以进行同向路径地图融合和反向路径地图优化；S7拓展地图数据库；S8显著性区域路径规划以实时定位和导航。本发明是一种针对海底基站的HAUV应用环境，通过对同一区域进行多航次探索实现地图优化，进而实现水下精确定位和导航的方法。该方法可以有效解决定位精度和运算效率之间的矛盾，实现HAUV在水下的实时高精度导航。

技术领域

本发明属于水下航行器领域，具体涉及一种悬浮式水下自主航行器的多航次地图定位和导航方法。

背景技术

悬浮式水下航行器(Hover Autonomous Underwater Vehicle，简称HAUV)是一种具备强大机动能力的自主水下航行器。HAUV具备多个推进器，以及具备能够在水层中悬浮、具备强大的垂直机动能力、能够贴近海底航行等多项优点。

在HAUV中采用声学定位、航位推算定位等传统水下定位方法的使用成本高，且存在声学定位的有效距离有限，航位推算具有误差累积问题等缺陷。现阶段，基于海底地形的机器视觉方法是解决HAUV水下高精度定位和导航问题的有效手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对海底基站的HAUV应用环境，通过对同一区域进行多航次探索实现地图优化，进而实现水下精确定位和导航的方法。该方法可以有效解决定位精度和运算效率之间的矛盾，实现HAUV在水下的实时高精度导航。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种悬浮式水下自主航行器的多航次地图定位和导航方法，所述方法包括：

S1预设所述航行器在一航行区域的航行路径，所述航行器按照预设的航行路径航行，并使用设置在所述航行器上的竖直向下的相机获取水下地形的照片序列以存储于数据库；

S2对所述照片序列进行图像数据处理，通过闭环检测搜寻同一地形的照片；

S3对同一地形的照片进行匹配并计算出照片所对应的相机位置的变化，以对数据库中的所述照片序列所对应的位置进行优化；

S4计算所述照片序列中每一幅照片的显著性，以衡量照片中特征的有效性；

S5对单航次所获地图的数据库的精度进行评价；

S6对同一航行区域进行多次同向和反向巡航，获取多组地图，进行同向路径的地图融合和反向路径的地图优化，以得到区域地图的数据库；

S7投放靶标，重复实施步骤S1-S6，探索其他航行区域，以获取经区域拓展的地图的数据库；

S8利用步骤S7中获取的地图的数据库，结合显著性区域优先的路径规划算法，实施所述航行器的定位和导航。

一优选实施例中，所述闭环检测采用基于位置约束的词袋法。

一优选实施例中，闭环检测过程中，从数据库中选择与当前照片对应的位置在预设距离值以内的照片，逐一比较当前照片与所选照片的余弦相似度，若余弦相似度高于设定值，则进行对同一地形的照片进行特征匹配。

一优选实施例中，使用信息熵来衡量照片的显著性。

一优选实施例中，使用精度评价函数对单航次所获地图的数据库的精度进行评价。

一优选实施例中，同向路径的地图融合和反向路径的地图优化包括下述步骤：

S61在同向路径多航次获取的多幅地图中选择精度评价函数值最小的地图作为基准地图；