基于三维成像声纳技术的AUV前视避障方法.pdf

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1、l2传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第4期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)04-0012-04基于三维成像声纳技术的AUV前视避障方法陈文渊．沈斌坚(中国船舶重工集团公司第七一五研究所，浙江杭州310023)摘要：针对自主式水下航行器(AUV)在水下自主航行过程中的避障问题，提出了一种基于三维成像声纳技术的前视避障方法。该方法使用三维成像声纳探测目标，通过声纳目标图像处理提取目标，完成目标的运动状态分析和轨迹预测。通过设置碰撞区域，建立避障模型和设计

2、避障规则，实现了AUV的智能化避障。借助于其他传感器，这些关联模块构成了一个集目标探测、目标提取、轨迹预测、避障与路线回归等功能于一体的闭环系统。关键词：三维成像声纳；声纳图像处理；目标提取；轨迹预测；自主式水下航行器；避障中图分类号：TB566文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)04-0012-04ForwardobstacleavoidancemethodforAUVbasedon3DimagingsonartechnologyCHENWen—yuan，SHENBin-jian(The715thResearchInstitute，

3、ChinaShipbuildingIndustryCorporation，Hangzhou310023，China)Abstract：Aforwardobstacleavoidancemethodbasedon3Dimagingsonartechnologyispresented，aimingatproblemofobstacleavoidanceduringunderwaterautonomousnavigationforAUV．Themethoddetectssonartargetsbyusing3Dimagingsonarandextractst

4、argetviasonarimagesprocessing，achieveanalysisonmovingstatusofunderwaterobjectsandpredictmovingtrack．Bysettingupcollisionarea，buildmodelforobstacleavoidanceanddesignobstacleavoidancerules，realizeAUVintelligentobstaclesavoidance．Withthehelpoftheothersensors，theserelatedmodulesform

5、anentireclosed—loopsystemwhichintegratesthefunctionsincludingobjectdetection，objectextraction，trackprediction，obstacleavoidanceandpathregression．Keywords：3Dimagingsonar；sonarimagesprocessing；objectextraction；pathprediction；AUV；obstaclea—v0idance0引言避障方法。自主式水下航行器(autonomousunderwa

6、tervehicle，1三维成像声纳原理与实验结果AUV)作为新一代智能水下机器人，可依靠自身动力、传感1．1波束形成模型与方法器信息、导航与控制系统，完成目标水域的水下侦察、海底三维成像声纳采用二维平面阵，利用相控阵技术，无需考察等多种任务使命。它具有智能化、航程远、机动性好和进行扇形波束扫描，即可同时获得水平、垂直和景深3个方隐蔽安全性高等特点，在军民领域有着广泛的应用前景。向上的分辨力。三维成像声纳的波束形成模型如图1所AUV在水下航行过程中，必须充分考虑其事先规划路刁。线上的未知障碍物，这就要求它的导航与控制系统能够基假设接收信号是远场信号，则

7、入射信号的单位方向向于传感器(如三维成像声纳)信息，实时机动并在线调整自量为身的运动姿态，以规避原路线上的未知障碍物，此即AUVP=(tga，tg卢，1)／U1+tgO／+tg卢，的实时避障功能【ll。则平面阵各阵元(i√)接收到该信号的时间延迟量为本文在简述三维成像声纳原理与实验结果的基础上，论述声纳目标图像的预处理、配准与重建和目标图像提取，‘ic√+tg2ot+tg28号c，㈩并探求基于三维成像声纳动静目标图像提取的AUV实时收稿日期：2015-01-07{基金项目：国家“863”计划资助项目(2010AA09Z104)第4期陈文渊，等：基于三维

8、成像声纳技术的AUV前视避障方法15表1目标运动信息AUV通过三维成像声纳实现障碍物目标T1和