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[发明专利]一种自适应的水下多波束同步定位与建图方法-CN201911000169.6有效
发明人：李晔;张千一;马腾;曹建;丛正;贡雨森;武皓微 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-10-21 - 公布日： 2023-09-29 - 主分类号： G01C21/32 文献下载
摘要：本发明属于海底地形同步定位与建图领域，具体涉及一种自适应的水下多波束同步定位与建图方法。本发明采用反距离加权方法实现在不提取环境特征的情况下进行数据关联并通过库尔贝克‑莱布勒散度采样实现粒子数实时调整的基于粒子滤波的AUV测深数据同步定位与建图技术。本发明通过粒子分地图与均值轨迹分地图匹配实现不需要提取特征情况下的数据关联，通过库尔贝克—莱布勒散度实时控制粒子数，同时采用地形丰富度对粒子权值进行修正，提高了算法的鲁棒性。本发明不需要在海底地形中提取特征，可以实时控制粒子数，同时能够保证建图精度和实时性，适用性好，计算开销小，可以保证实时性。
一种自适应水下波束同步定位方法

[发明专利]一种粒子滤波BSLAM方法-CN202110028795.7有效
发明人：李晔;张千一;马腾;丛正;贡雨森 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2021-01-11 - 公布日： 2023-03-31 - 主分类号： G06F16/29 文献下载
摘要：本发明公开了一种粒子滤波BSLAM方法，包括：步骤一：算法初始化；步骤二：在每个t时刻输入对海底地形的深度测量值z(t)与里程计更新值v(t)以及里程计DR(t)后，对P(1:N)中所有粒子进行运动更新、闭环检测、观测更新、粒子历史轨迹更新；步骤三：当t时刻所有粒子都进行了步骤二后，判断是否需要进行重采样，若是：将所有经过观测更新的粒子进行重采样，t＝t+1，转入步骤二，否则t＝t+1，转入步骤二；步骤四：当t＝T时，以最终粒子集中每个粒子轨迹的平均值结合对应时刻的观测数据z(1:t)生成海底地形图并输出。本发明只需要在每一时刻输入里程计数据和由多波束声纳获得的地形测深，即可在没有先验地形图的情况下实现AUV的同步定位与建图。
一种粒子滤波 bslam 方法

[发明专利]一种考虑数据关联间耦合关系的位姿图修正方法-CN201910492175.1有效
发明人：马腾;李晔;姜言清;武皓微;丛正;徐硕;贡雨森;凌宇 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-06-06 - 公布日： 2022-12-13 - 主分类号： G01C21/16 文献下载
摘要：本发明涉及一种考虑数据关联间耦合关系的位姿图修正方法，属于水下机器人多波束同步定位与建图领域。包括令N为当前位姿图内由地形匹配得到的数据关联个数，i等于1、j等于1；判断j、i、N的大小关系，计算数据关联j给出的数据关联i的置信度Scorei,j，计算数据关联i总置信度Scorei；判断i与N大小关系，根据当前位姿图内所有数据关联的置信度计算置信度阈值Score_thre；置信程度最小的数据关联其置信度若大于置信度阈值，则输出当前位姿图并停止算法，否则将该数据关联判定为无效数据关联，将其在当前位姿图中移除。本方法不需要依赖于辅助设备，算法执行过程中不需要进行图优化过程，计算效率高且可保证算法在线实时运行，应用前景广阔。
一种考虑数据关联耦合关系位姿图修正方法

[发明专利]一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法-CN201910802123.X有效
发明人：李晔;徐硕;丛正;张强;马腾;凌宇;顾华宇;武皓微;贡雨森 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-08-28 - 公布日： 2022-12-13 - 主分类号： G06T7/00 文献下载
摘要：本发明公开一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，属于水下管道检测领域。本发明包括：采集海底管道图像；对图像进行预处理；管道方向检测；管道中心线检测；管道位置检测。与现有的技术相比，本发明采用管道方向检测，管道中心检测和管道位置检测算法，并通过随机采样一致和一致性检测剔除异常值，保证AUV在进行管道检测时，根据准确的管道方向和位置进行自主航行。
一种基于视觉 auv 水下管道检测跟踪方法

[发明专利]一种结合频域和空域的水下图像增强方法-CN201910801451.8有效
发明人：李晔;徐硕;丛正;张强;马腾;凌宇;顾华宇;武皓微;贡雨森 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-08-28 - 公布日： 2022-10-28 - 主分类号： G06T5/00 文献下载
摘要：本发明公开一种结合频域和空域的水下图像增强方法，属于水下数字图像处理领域。本发明包括：读取水下彩色图像，将其转换为灰度图像；自适应选择频率域的去噪程度和空间域的对比度增强程度；将灰度图像利用傅里叶变换转换到频率空间；将频率空间的图像进行消噪；对消噪后的图像进行逆傅里叶变换，转换到空间域；将空间域的图像分割为若干子图像块，对每个子图像块计算其灰度概率密度函数；对概率密度函数重新分配；计算子图像块中每个像素重新分配后的灰度级，得到最终增强后的图像。与现有的技术相比，本发明能很好地去除水下噪声的干扰，同时丰富图像细节特征，并且耗时较少，适用于水下视觉同步定位与建图前的图像预处理。
一种结合空域水下图像增强方法

[发明专利]一种水下机器人海底地形匹配导航路径规划方法-CN201910975977.8有效
发明人：马腾;李晔;姜言清;张强;丛正;范佳佳;贡雨森;凌宇 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-10-15 - 公布日： 2022-10-28 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明属于水下机器人的水下导航领域，具体涉及一种水下机器人海底地形匹配导航路径规划方法。本发明将地形起伏层度考虑为水下机器人状态转移概率的影响因子，可以避免传统海底地形匹配导航路径规划算法由于追求路径总地形起伏最大化导致的路径会经过某些平坦区域的问题，保证了地形匹配算法在规划得到的整条上均能得到较高的匹配精度。本发明通过粒子滤波器实时对水下机器人状态进行跟踪，并根据状态跟踪结果选择最优动作，实现了对水下机器人运动不确定性的考虑。本发明可以使水下机器人应用地形匹配导航的可靠性大大提高。
一种水下机器人海底地形匹配导航路径规划方法

[发明专利]基于粒子滤波与图优化的海底地形同步定位与建图方法-CN202110233287.2有效
发明人：李晔;张千一;马腾;丛正;贡雨森 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2021-03-03 - 公布日： 2022-10-28 - 主分类号： G01C21/00 文献下载
摘要：本发明属于海底地形同步定位与建图技术领域，具体涉及一种基于粒子滤波与图优化的海底地形同步定位与建图方法。本发明设计了一种使用位姿图结构对粒子自身储存轨迹进行更新，并使用位姿图在每一时刻结束时生成此时刻输出地图的粒子滤波BSLAM算法。本发明只需要在每一时刻输入里程计数据和由多波束声获得的地形测深，在没有先验地形图的情况下实现AUV的同步定位与建图。本发明所提出的图优化混合粒子滤波BSLAM算法相较于基于子地图匹配的粒子滤波BSLAM算法，在大累积误差下仍能实时准确的提供定位与建图结果。
基于粒子滤波优化海底地形同步定位方法

[发明专利]一种多AUV单标测距的协同作业方法-CN202011481192.4有效
发明人：袁铭啸;李晔;庞硕;贡雨森;牛硕 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2020-12-15 - 公布日： 2022-08-02 - 主分类号： G01S5/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种多AUV单标测距的协同作业方法，包括：布放并标定信标、建立以信标为远点的导航坐标系；AUV利用测距信息航行至信标在当前深度的投影位置，并初始化自身位置；确认各AUV的工作区域，以环形机动的方式完成目标区域的扫描作业任务；各AUV完成作业返航，提取各AUV中的数据并进行拼接，生成最终的完整结果。本发明以距离信息作为协同作业的基准，AUV携带的传感器少，无需测量作业AUV的速度信息，可以应用于大水深等无测速传感器AUV场景。
一种 auv 测距协同作业方法

[发明专利]一种测深信息同步定位与建图的鲁棒后端图优化方法-CN201910559363.1有效
发明人：马腾;李晔;姜言清;武皓微;丛正;徐硕;贡雨森;凌宇 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-06-26 - 公布日： 2022-08-02 - 主分类号： G01S15/87 文献下载
摘要：本发明公开一种测深信息同步定位与建图的鲁棒后端图优化方法，属于水下机器人的水下导航领域。本发明包括：通过多波束声纳和惯性导航系统采集海底地形信息和水下机器人位姿状态记录在子地图中；与历史子地图通过地形匹配检测数据关联；初始化粒子，根据检测到的数据关联与所有历史数据关联更新粒子；对所有粒子通过图优化求解地图并计算适应度函数，根据适应度函数应用粒子群算法更新粒子，并根据粒子群输出结果通过图优化求解并输出地图。本发明可以解决传统图优化方法无法处理的无效数据关联问题，且使用协方差而非简单的有效/无效对数据关联进行判断，计算精度更高。
一种测深信息同步定位后端优化方法

[发明专利]一种考虑残差分布的无效地形匹配结果识别方法-CN201910492181.7有效
发明人：马腾;李晔;姜言清;武皓微;丛正;徐硕;贡雨森;凌宇 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2019-06-06 - 公布日： 2022-06-21 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明属于图像处理领域，公开了一种考虑残差分布的无效地形匹配结果识别方法，包含如下步骤：步骤(1)：计算重叠区域高程残差序列；步骤(2)：绘制直方图，判断高程残差序列是否满足指定的高斯分布；步骤(3)：将重叠区域所有残差大于μ±σ的网格节点提取出来作为提取区域1，将所有未被提取的网格节点作为提取区域2；步骤(4)：分别计算提取区域1和提取区域2的平均高程残差、地形信息量以及有效节点的个数；步骤(5)：将提取区域1和提取区域2的平均高程残差、地形信息量、有效节点的个数输入神经网络中，若神经网络输出值大于预设值，该地形匹配结果有效，否则该地形匹配结果无效。本发明不需要其他信息辅助，算法易于实现。
一种考虑分布无效地形匹配结果识别方法

[发明专利]一种AUV海底地形匹配的动态路径规划方法-CN201810870169.0有效
发明人：李晔;徐硕;马腾;丛正;贡雨森;王汝鹏 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2018-08-02 - 公布日： 2020-12-08 - 主分类号： G01C21/30 文献下载
摘要：本发明公开了一种AUV海底地形匹配的动态路径规划方法，属于水下航行器导航技术领域。包括环境建模，离线路径规划和在线路径重规划。环境模型通过地形信息和地形来源置信度构建，其中地形特征用地形标准差表示。离线路径规划基于快速搜索随机树算法，改进选择新节点和父节点算法，通过轮盘赌和马氏距离来处理地形信息，以避免低地形信息区域。在AUV沿着离线路径航行，检测到地形信息改变时，在线重规划通过判断地形改变，寻找局部导航最优节点和重优化全局路径等方法实现了对地形变化的判断并保证了导航精度。本发明适用于长航程、高精度的AUV路径规划，特别是当地形信息改变时，通过实时修改路径以保证导航精度和路径距离。
一种 auv 海底地形匹配动态路径规划方法

[发明专利]一种AUV地形匹配导航的鲁棒BSLAM方法-CN201811197129.0有效
发明人：李晔;徐硕;马腾;丛正;贡雨森;王汝鹏;武皓微 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2018-10-15 - 公布日： 2020-12-08 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明属于水下潜航器领域，公开了一种AUV地形匹配导航的鲁棒BSLAM方法，步骤(1)：输入测深和惯导数据；步骤(2)：数据预处理，得到滤波后的测深数据；步骤(3)：位姿图构建：计算弱数据关联，构建新子图，通过地形地位进行闭环检测后，再进行无效闭环检测；步骤(4)：后端图优化：利用聚类后的闭环数据计算一致性函数，找出所有类中一致性函数的最小值，然后融合惯导的关键状态的数据并输出修改后的BSLAM轨迹。本发明通过对测深数据和惯导数据的处理和闭环检测，实现了对数据的全局优化，且提高了定位与建图的实时性和一致性，且鲁棒性好，能够减弱测量数据的噪声对导航精度的影响。
一种 auv 地形匹配导航 bslam 方法

[发明专利]基于有效节点筛选的AUV地形匹配定位方法-CN201710833352.9有效
发明人：王汝鹏;李晔;马腾;丛正;贡雨森;谢天奇;安力;郭宏达;何佳雨;张强 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2017-09-15 - 公布日： 2020-10-27 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明的目的在于提供基于有效节点筛选的AUV地形匹配定位方法，根据推算导航的输出结果确定搜索范围，再确定搜索范围后再利用测量地形数据与先验地形进行初步的匹配定位并获得匹配后的地形测量误差估计，然后分别计算节点的有效性和二次搜索范围，根据有效节点矩阵和二次搜索范围进行二次精确匹配定位，最后输出匹配定位结果。本发明所采用的初匹配与精细搜索匹配相结合的匹配定位方法有效的增加了搜索配准的效率同时提高定位精度。
基于有效节点筛选 auv 地形匹配定位方法

[发明专利]地形分块与地形测点加权的地形匹配定位方法-CN201710832755.1有效
发明人：王汝鹏;李晔;丛正;马腾;贡雨森;谢天奇;郭宏达;安力;何佳雨;张强 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2017-09-15 - 公布日： 2020-09-25 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明的目的在于提供地形分块与地形测点加权的地形匹配定位方法，影响地形匹配定位精度的有两方面的因素：地形的适配性和地形测量误差。对于适配性较大的局部地形区域可以提供较多的地形信息，而测量误差会使局部地形产生畸变，给地形匹配定位带来负面影响。由于适配性和地形的测量误差都是局部地形的特征，为了体现适配性和局部地形测量误差对匹配定位的影响，将地形进行分块并利用适配性对分块子地形图中的节点进行加权，同时在匹配过程中利用分快子地形的残差统计方差估计子地形图的测量误差，并对子地形图中的节点进行加权处理，利用适配性和测量误差得到的权值同时对子地形图中的节点进行加权，通过迭代过程获得最优的地形匹配定位结果。
地形分块加权匹配定位方法

[发明专利]一种基于节点信息量统计的多波束地形分块方法-CN201710098253.0有效
发明人：李晔;王汝鹏;姜言清;马腾;丛正;贡雨森;郭宏达;安力;王磊峰;龚昊 -专利权人：哈尔滨工程大学
申请日： 2017-02-22 - 公布日： 2020-04-07 - 主分类号： G06T17/05 文献下载
摘要：本发明提供的是一种基于节点信息量统计的多波束地形分块方法。主要包括对地形信息的8方向离散和量化；利用分块后的子地形块的信息量均值序列的方差定义分块的优劣性，以方差最大化为最优评价标准得到最优分块下的子块边界节点数。在本发明方法所得到的分块地形下，地形信息量大的区域和地形信息量小的区域可以有效的分开，这种地形分块方法可以用于地形数据的压缩存储，地形信息丰富的分块存储较多的节点信息量小的分块存储较小的节点数，该方法还可以用于地形匹配导航的路径规划，航行器经过地形信息量大的分块区域等，可以提高匹配的精度和可靠性。
一种基于节点信息量统计波束地形分块方法

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