[发明专利]一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统

权利要求书

1.一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，包括多源传感器时间同步模块、环境感知定位模块、自主决策模块、运动控制模块；

其中，控制器通过网口、串口以及CAN总线实时获得传感器数据，原始数据首先进入多源传感器时间同步模块；

时间同步后的传感器数据被输入环境感知与定位模块；

在完成环境感知与定位后，自主决策模块根据传感器数据判断两栖特种无人平台当前所行驶的工作环境是水中航行、近岸登陆或陆上行驶，据此作出车辆控制策略；

运动控制模块根据所述车辆控制策略控制两栖特种无人平台行驶。

2.根据权利要求1所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，时间同步模块基于ROS中的message_filters，以激光雷达为传感器，每次收到一次雷达数据，便以当前雷达数据时间戳作为要插入的时间点，该时间点另一传感器IMU的数据通过插值获得。

3.根据权利要求2所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，插值的流程是先获得主传感器的时间戳，然后根据索引结果获得这一同步时间前后的两帧数据，根据前后两帧数据的采集时刻，以及要插入的时刻，根据比例获得权重得到另一传感器在同步时间的结果。

4.根据权利要求1所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，时间同步后的传感器数据被输入环境感知与定位模块以后，视觉感知通过工业级单目摄像头获得实时视频流，基于SSD算法对视频流进行物体检测与跟踪；点云感知模块采用16线激光雷达通过欧式聚类算法获得障碍物信息，采用16线激光雷达ndt点云匹配算法进行定位。

5.根据权利要求1所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，自主决策模块使用包含动作短语的有限状态机来实现，有限状态机从一个基础状态出发，将根据不同的驾驶场景跳转到不同的动作状态，将动作短语传递给下层的动作规划层。

6.根据权利要求5所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，所述有限状态机的运行流程包括：

1）特种车从环境中观测到高维观测状态，并利用深度学习识别观测信息的特征；

2）通过设定的回报函数评估状态-动作值函数，并把当前策略反馈到环境中；

3）随动作变化而导致特种车与环境交互得到的观测信息发生变化，进入三者的循环最终得出目标的最优策略。

7.根据权利要求1所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，运动控制模块在陆地上运动依靠独立驱动电机进行差速驱动，实现直线行驶和转向；在水域依靠喷水推进系统实现前进与转向；通过控制叶轮转速实现纵向运动，通过控制喷口出口处的水流喷出方向实现横向控制；纵向控制通过传感器实时读取车辆当前运动速度以及规划的目标速度作PID闭环控制，输出加速度信息，通过转化模块转化成叶轮转速控制指令。

8.根据权利要求1所述的一种两栖特种无人平台的自动驾驶系统，其特征在于，运动控制模块在横向控制采用纯跟踪算法，通过计算角速度控制两栖特种无人平台从当前位置移到其前方的某个预瞄点，该算法利用几何关系计算特种车路径跟踪时的期望航向，通过航向传感器反馈到运动控制器，控制车辆的运动航向实时跟踪期望航向，两栖特种无人平台的位置也不断向规划的路径点靠近，直到路径的终点；

所述纯跟踪算法包括：

1）确定距离目标路点的前视距离，将设计为特种车纵向速度的线性函数，在不同工况下选择不同的前视距离：为比例系数；

2）计算车身和目标路径点的夹角；

3）计算圆弧的曲率kappa：；

4）计算t时刻前轮转角：,其中L为特种车轴距，为特种车当前姿态和目标点在横向上的误差。