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[发明专利]基于DVL辅助和向量截断化K矩阵的水下载体初始对准方法-CN202110947453.5有效
发明人： 黄浩乾;魏嘉颖;金超;王冰 -专利权人：河海大学
申请日： 2021-08-18 - 公布日： 2023-10-24 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于多普勒计程仪(Doppler Velocity Log，DVL)辅助和向量截断化K矩阵的水下载体初始对准方法，首先获取各传感器数据，并对数据预处理；根据传感器数据计算观测矢量和参考矢量，建立K矩阵的状态矩阵方程和量测矩阵方程；利用K矩阵的零迹性和对称性，将状态矩阵方程和量测矩阵方程向量化后再截断；然后利用卡尔曼滤波估计最优K矩阵；从最优估计K矩阵中提取出最优四元数，将其转换成姿态矩阵方程；最后利用姿态矩阵链式方程，得到当前时刻的姿态矩阵，解算出失准角，完成初始对准过程。本发明打破了传统的初始对准框架，不再区分粗对准和精对准过程，也不再区分大失准角以及小失准角，改进了初始对准的收敛速度和精度。
基于 dvl 辅助向量截断矩阵水下载体初始对准方法

[发明专利]基于迭代EKF的SINS/USBL安装角估计方法-CN202311031478.6有效
发明人：王迪;王冰;黄浩乾;王汝鹏;孙世安 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-08-16 - 公布日： 2023-10-20 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于迭代EKF（扩展卡尔曼滤波）的SINS/USBL安装角估计方法，属于水下机器人导航技术领域。本发明将迭代EKF算法用于SINS/USBL安装角估计方法中，整个过程主要步骤包括：模型构建、基于迭代EKF的状态更新、基于LM算法的预测协方差矩阵优化，量测噪声方差阵优化，系统噪声方差阵优化以及基于迭代EKF的量测更新。本发明可以解决由于水下机器人捷联惯性导航系统与超短基线定位系统同载体的坐标系不同，而导致水下机器人导航精度下降的问题，提高估计SINS/USBL安装角的能力。相比于传统SINS/USBL安装角估计方法，本方法具有较高的鲁棒性和估计精度。
基于 ekf sins usbl 安装估计方法

[发明专利]基于位姿不确定性的改进ORB-SLAM2定位方法-CN202310873189.4有效
发明人： 黄浩乾;武鹏;马惊天;王迪;王冰 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-07-17 - 公布日： 2023-09-22 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于位姿不确定性的改进ORB‑SLAM2定位方法，属于机器人导航定位技术领域。本发明首先将局部地图点投影到当前帧，并构造重投影误差函数；再通过最小化代价函数对当前帧的位姿进行优化，并计算当前帧的不确定性半径；然后重新计算待融合地图点的权重并对地图点进行加权融合；再对ORB‑SLAM2的闭环检测线程进行约束，对满足位姿约束的关键帧进行闭环检测；若当前帧满足位姿约束，则对当前帧进行图片相似度检测，若检测到闭环则执行全局优化，优化整个地图。本发明在不影响ORB‑SLAM2的实时运行的情况下，提高了定位精度，并且通过对闭环区域进行筛选大幅度增加了闭环效率。
基于不确定性改进 orb slam2 定位方法

[发明专利]一种用于水下机器人的海缆图像增强和缺陷检测装置及方法-CN202310535803.6在审
发明人：钱惠敏;吴双;王冰;黄浩乾 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-05-12 - 公布日： 2023-09-19 - 主分类号： G01N21/88 文献下载
摘要：本发明涉及水下机器人视觉技术领域，具体是一种用于水下机器人的海缆图像增强和缺陷检测装置及方法，装置包括信号相连的图像采集单元和处理单元，所述图像采集单元包括设于水下机器人设备舱上的相机云台和放置于所述相机云台上的水下摄像头；所述处理单元包括设于水下机器人设备舱内的散热壳体和设于所述散热壳体内的树莓派。本发明提供的用于水下机器人的海缆图像增强和缺陷检测装置及方法，能够利用水下机器人实现对海缆图像的增强和缺陷检测。
一种用于水下机器人图像增强缺陷检测装置方法

[发明专利]一种基于改进粒子滤波的USBL安装误差标定方法-CN202310589081.2有效
发明人：王迪;王冰;黄浩乾 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-05-24 - 公布日： 2023-08-01 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于改进粒子滤波的USBL安装误差标定方法，属于水下机器人组合定位技术领域，该方法基于USBL输出的两个方位角信息和斜距信息，卫星定位系统提供的导航系下的位置信息；应答器在导航系下的绝对位置，首先构建系统状态空间模型；在构建的系统状态空间模型的基础上，开展基于改进粒子滤波算法的状态估计，获得最优状态估计值；在获得的最优状态估计值的基础上进行平滑变结构滤波处理。本方法实现对状态量的抗干扰鲁棒滤波估计，最终得到相对准确的状态向量。
一种基于改进粒子滤波 usbl 安装误差标定方法

[发明专利]一种基于PSO-BP的视觉伺服海缆检修辅助方法及系统-CN202310476291.0在审
发明人： 黄浩乾;罗天;王迪;汪奕扬;曹屹峰;苏钰婷 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-04-28 - 公布日： 2023-07-28 - 主分类号： G06Q10/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于PSO‑BP的视觉伺服海缆检修辅助方法及系统，所述方法针对海底环境复杂的特点，在基于人工势场法的基础上进行环境建模，然后进行路径搜索，构建智能路径规划框架；到达故障点后，针对破损海缆存在不同的横纵边缘交点，利用摄像机进一步采集图像收集信息；最后使用双目的和基于图像特征的视觉伺服控制，通过将位置信息输入到PSO‑BP神经网络中，来获取各关节角度，调整关节，完成海缆检修任务。本发明可快速找出安全、平滑、合理的路径；结合海底电缆的特点，在PSO‑BP神经网络的基础上设计出海缆检修机械手的视觉伺服系统，显著地提高了海缆检修的工作效率，降低了在复杂海洋环境中的作业难度，可有效地完成海缆故障点的检修任务。
一种基于 pso bp 视觉伺服检修辅助方法系统

[发明专利]一种基于色彩空间转换的水下灰暗图像处理方法-CN202310361568.5在审
发明人： 黄浩乾;曹屹峰;汪奕扬;罗天;苏钰婷 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-04-06 - 公布日： 2023-07-21 - 主分类号： G06T5/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于色彩空间转换的灰暗水下图像处理方法，对预先获取的水下图像先进行降采样，减小图像尺寸，并拷贝成两份图像；分别对两部分水下图像进行色彩空间转换；建立水下光学成像图像模型，对第一份转换后的水下图像运用图像去模糊算法进行处理，获得对比度高的清晰图像；采用改进的白平衡算法对去模糊后的图像进行处理；将非线性信道先验引入到传统图像去模糊模型中，最小化该项以消除水流波动引起的运动模糊问题；将得到的精确模糊核和潜在清晰图像与初始复原图像进行迭代得到最终复原图像；最后将两份图像进行融合，重采样并输出最终清晰的水下图像。本发明可以更好的实现图像复原，图像的亮度、对比度得到提高，辨识度得到改善。
一种基于色彩空间转换水下灰暗图像处理方法

[发明专利]一种基于外积补偿的AUV动基座对准方法及系统-CN202010069961.3有效
发明人： 黄浩乾;刘聪 -专利权人：河海大学
申请日： 2020-01-21 - 公布日： 2023-07-21 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明公开一种基于外积补偿的AUV动基座对准方法及系统，首先让AUV在起始点完成动基座的粗对准，完成粗对准后AUV直线行驶到一个已知位置，并进行船位推算，然后由船位推算的航迹信息和实际航迹构造位移向量，并通过航迹比较，实现将坐标系偏差显化为航向误差角，最后基于向量外积进行航向误差角的解算，将求得的航向误差角补偿到重力加速度上，用精确的重力加速度去校正转换矩阵，当航向误差角为0时，船位推算点和AUV的实际位置点重合，得到精确的捷联矩阵，即导航坐标系与真实的导航坐标系重合，完成动基座的精对准。本发明实现了坐标系偏差对坐标转换矩阵的精确补偿，尤其解决了剧烈扰动下AUV动基座精对准问题，计算简单且精度高。
一种基于补偿 auv 基座对准方法系统

[发明专利]一种基于二阶混合滤波的海缆探测机器人姿态估计方法-CN202310460963.9有效
发明人：王迪;孙世安;黄浩乾;王冰;韩亦鸣 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-04-26 - 公布日： 2023-07-07 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于二阶混合滤波的海缆探测机器人姿态估计方法，属于水下机器人位姿估计技术领域，该方法基于陀螺输出的设备系下的三维角速度信息和加速度计输出的设备系下的三维角加速度信息以及外接磁力计输出设备系下的磁场信息，首先对陀螺及加速度计输出信息使用差分法进行预处理；然后使用预处理得到的陀螺和加速度计信息，进行对陀螺与加速度计的噪声自适应滤波处理，并使用加速度计修正俯仰角和横滚角；最后使用拉普拉斯滤波算法对磁力计数据进行去噪，并使用磁力计修正偏航角。本方法能解决水下机器人姿态估计和角度修正问题。
一种基于混合滤波探测机器人姿态估计方法

[发明专利]一种基于DMD-LSTM模型的DVL速度误差标定方法-CN202310167469.3在审
发明人：王迪;邱榕;黄浩乾 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-02-22 - 公布日： 2023-06-27 - 主分类号： G01S7/52 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于DMD‑LSTM模型的DVL速度误差标定方法，基于DMD算法对DVL输出速度进行分解提取；通过SVD分解转换求解特征值问题；求解t时刻DMD结果；构建LSTM神经网络并进行训练、通过参数验证训练结果。本发明无需预先建立DVL误差模型，解决传统标定方法中预先建立的DVL误差模型存在不准确的问题，提高DVL速度误差标定精度；相比传统的标定方法，本发明能够提高DVL的速度标定精度，进一步提高水下机器人的定位精度。
一种基于 dmd lstm 模型 dvl 速度误差标定方法

[发明专利]一种基于改进AR模型和平滑滤波的陀螺误差抑制方法-CN202310143126.3有效
发明人：王迪;孙世安;黄浩乾;王冰 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-02-21 - 公布日： 2023-06-23 - 主分类号： G01C25/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于改进AR模型和平滑滤波的陀螺误差抑制方法，属于水下机器人陀螺仪误差补偿技术领域，该方法基于已知量MEMS IMU陀螺输出的设备系下的三维角速度信息，具体包括如下步骤：首先采用滑动窗3阶拉盖尔多项式抗差拟合处理方法对陀螺输出信息进行抗差处理；然后建立改进的实时AR模型；并使用以IGGIII法为权函数的抗差最小二乘估计参数；再进行后向平滑卡尔曼滤波补偿。本发明可以提高陀螺误差建模和误差抑制能力。相比于传统MEMS IMU陀螺误差建模抑制方法，本方法能有效减小水下机器人运动过程中剧烈晃动对陀螺误差抑制的影响，进一步提高陀螺提供信息的准确性。
一种基于改进 ar 模型平滑滤波陀螺误差抑制方法

[发明专利]一种AUV自主定位辅助的节能型多图像拼接方法-CN202310039289.7在审
发明人： 黄浩乾;汪奕扬;王迪;曹屹峰;罗天;苏钰婷 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-01-13 - 公布日： 2023-05-30 - 主分类号： G06T3/40 文献下载
摘要：本发明公开了一种AUV自主定位辅助的节能型多图像拼接方法，构建拍摄图像各时刻AUV的位置信息；去除信息冗余的图像，并对剩余图像进行重合区域估计，寻找基准图像方便拼接；根据重合区域和基准图像，规划最优图像拼接次序，达到水下多图像连续拼接的目的；同时，依靠拼接过程中对拼接次序的选择，对AUV航行路线进行优化，以延长AUV在水下作业的时间。本发明缩小了特征匹配的范围，提升了算法运行的速度；基于重合区域大小对拼接次序进行规划，解决了待拼接图像数量较多时的拼接顺序问题，提供了可靠的水下多图像拼接方法，同时保证了图像拼接的效率和精度；基于拼接次序优化了水下机器人的航行路线，有效节约了水下作业所需能源，延长AUV的工作时间。
一种 auv 自主定位辅助节能型图像拼接方法

[发明专利]基于粒子群优化鲁棒滤波的SINS/DVL导航方法-CN202310069689.2有效
发明人：王迪;王冰;黄浩乾 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-02-07 - 公布日： 2023-05-12 - 主分类号： G01C21/16 文献下载
摘要：本发明提供一种基于粒子群优化鲁棒滤波的SINS/DVL导航方法，属于水下机器人导航定位技术领域，其主要目的在于增强复杂水下环境中SINS/DVL组合导航系统的抗干扰能力，进一步提高SINS/DVL系统的组合导航精度。本发明的主要步骤包括：基于状态变换原理的导航模型构建、滤波状态更新及噪声矩阵构造、适应度函数构造、自适应粒子群优化过程以及滤波量测更新。本发明可以解决复杂水下环境中SINS/DVL组合导航系统受干扰导致的定位精度差的问题。相比基于卡尔曼滤波方法、Huber鲁棒滤波方法。本方法能提高系统的够抗干扰能力，进一步提高SINS/DVL的组合导航精度。
基于粒子优化滤波 sins dvl 导航方法

[发明专利]一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法-CN202310097466.7在审
发明人：王迪;王冰;黄浩乾;孙世安 -专利权人：河海大学
申请日： 2023-02-10 - 公布日： 2023-05-09 - 主分类号： G01S5/26 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，首先，海底电缆探测机器人在水面通过北斗卫星导航系统获取准确的位置信息；其次，当海底电缆探测机器人潜入水下时，考虑到此时DVL还无法获取对低速度，采用单信标声学定位完成对水下机器人的位置解算，同时提出一种最大熵扩展卡尔曼滤波算法用于位置解算；最后，当海底电缆探测机器人到达海底电缆附近时，采用DVL和单信标融合定位方法，并通过平均加权法提高海底电缆的定位精度。本发明可以解决深远海海底电缆定位问题，提高海缆探测的定位精度。
一种基于 dvl 标的深远海底电缆定位方法

[发明专利]基于三角分割优化高斯牛顿算法的水下应答器位置标定方法-CN202211516272.8在审
发明人：王迪;王冰;黄浩乾 -专利权人：河海大学
申请日： 2022-11-30 - 公布日： 2023-05-09 - 主分类号： G01S7/52 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于三角分割优化高斯牛顿算法的水下应答器位置标定方法，首先，基于三角分割的迭代初值选取，各个基元之间通过距离选取合适的三个基元位置，构建三角划分区域，通过对划分后的区域进行迭代寻找最优的高斯牛顿迭代模型的初值；其次，基于高斯牛顿算法计算应答器位置；最后，基于代价函数的信息异常处理：在高斯牛顿迭代算法的基础上引入代价函数，通过代价函数计算量测信息的权重矩阵，通过加权处理解决迭代过程中的异常信息干扰。本发明可以解决因应答器位置不准确而导致的超短基线系统定位精度差的问题，能够快速、准确地得到水下应答器位置信息，进一步提高超短基线系统的定位精度。
基于三角分割优化牛顿算法水下应答器位置标定方法

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