[发明专利]一种适用于自主水下机器人的海底目标搜寻方法

说明书

本发明涉及水下机器人目标搜索技术领域，尤其涉及一种自主水下机器人的海底目标搜寻方法，本发明通过观测性分析技术实现搜索路径的在线规划，同时利用目标的位置估计反馈校正自主水下机器人累积导航误差，抑制平台对目标位置估计的干扰，实现自主水下机器人对目标位置的精确估计。本方法能够有效地处理水下目标搜索，自主规划搜寻路径，改善系统可观测性；采用自主水下机器人导航位置和目标位置滚动优化策略，抑制自主水下机器人导航累积误差对目标估计的干扰，提高了目标位置搜索精度，具有较强的工程应用价值；本方法移植方便，扩展性强，也适用于无人船、半潜式自主水下机器人等的海底目标搜索应用领域。

技术领域

本发明涉及水下机器人目标搜索技术领域，尤其涉及一种无人自主水下机器人(简称AUV)的海底目标搜寻方法，实现自主水下机器人基于方位测量对海底目标搜寻并定位。

背景技术

在海洋工程、海洋调查、海洋搜救过程中，自主水下机器人发挥越来越重要的作用。近年来，在马航MH370残骸搜寻事件中，自主水下机器人充当了深海目标搜寻的重要角色。传统基于声学图像的目标探测是使用有源声学探测载荷，而自主水下机器人有限的能源制约了有源声学探测载荷半径的提升，所以需要研究一种基于低能耗、高探测效率探测载荷的自主水下机器人目标搜寻技术。舷侧阵声呐是一种无源目标探测载荷，能够测量具有声源特征的水下目标相对方位，具有低能耗、探测半径大的技术优势。研究适用于自主水下机器人平台基于目标方位测量的目标搜寻技术，即基于舷侧阵声呐的自主水下机器人目标搜寻技术，是提高水下目标搜寻效率的关键技术。传统适用于自主水下机器人的基于目标方位测量的搜索技术，将自主水下机器人与搜索目标的方位角作为直接观测量，根据分时目标方位角组成的观测方程组来间接计算目标位置，实现自主水下机器人平台成功搜索目标并估计目标位置。传统适用于自主水下机器人的基于方位测量的目标搜索技术存在以下缺点:(1)基于目标方位角的观测方程是非线性间接观测方程，该特征制约了目标位置估计精度的进一步提高，有时甚至存在目标位置估计无法收敛的技术风险；(2)传统模型假设在分时方位测量期间，自主水下机器人机动航行不会引入自身的导航误差，而现实环境中自主水下机器人本体运动产生的导航误差是不可忽略的，该误差是影响目标位置估计精度的关键要素。所以，适用于自主水下机器人的基于方位测量的目标搜索技术需要解决两个关键技术难题，第一，如何保证目标观测方程的可观测性，如何高效融合目标方位角测量进而获得精确的目标位置估计，即保证基于方位测量的目标可观测性，实现对目标位置的实时可估计；第二，如何抑制观测平台自身运动而引入的导航误差，防止目标位置估计精度随着时间的增加而下降，即抑制平台运动噪声对目标位置估计的干扰，实现对目标位置的精确估计。

发明内容

本发明涉及水下机器人目标搜索技术领域，尤其涉及一种自主水下机器人(简称AUV)的海底目标搜寻方法，针对改善目标可观测性、提高搜索目标的位置估计精度等关键技术问题，提出了一种适用于自主水下机器人的基于方位测量的目标搜索方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种适用于自主水下机器人的海底目标搜寻方法，包括以下步骤：

当自主水下机器人检测到目标方位后，进行分时方位量测路径的规划；

在分时方位量测路径上，利用自主水下机器人在一个周期内对目标的方位测距，计算目标位置的粗估计；

根据自主水下机器人在一个周期内对目标位置的粗估计，反馈校正自主水下机器人累积航行误差，获得一个周期内自主水下机器人位置的优化估计集合；

在优化估计集合中更新自主水下机器人位置，重新计算新的周期内目标位置；

评估新的周期目标位置精度；

将各周期目标位置和精度估计进行循环数据融合，计算多周期条件下的目标位置以及对应精度；

自主规划水下机器人的目标搜索路径，实时估计各周期的目标位置，同时数据融合多周期目标位置估计和精度，计算出全局条件下目标位置估计和精度。