哈尔滨工程大学马东获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工程大学申请的专利一种基于窗口滑动的AUV地形辅助导航方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115560765B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-24发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211215222.6,技术领域涉及:G01C21/20;该发明授权一种基于窗口滑动的AUV地形辅助导航方法是由马东;李晔;马腾;漆池;吕璐婷设计研发完成,并于2022-09-30向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于窗口滑动的AUV地形辅助导航方法在说明书摘要公布了:本发明通过充分考虑惯性导航系统的导航误差特性,将短时间内的惯性导航精准航向及航行距离信息考虑到地形辅助导航方法中,提高匹配算法的鲁棒性。在初始搜索阶段,根据惯性导航得到的位置信息设置初始搜索范围,并根据水深测量数据进行路径初始化,根据水深测量数据、惯性导航提供的航向及航行距离信息进行路径点筛选,并对得到的路径与惯性导航航行距离进行比较判断是否进行窗口滑动,实现分段匹配定位。在每个分段中根据价值函数进行最终路径确定,完成整条路径的匹配定位。
本发明授权一种基于窗口滑动的AUV地形辅助导航方法在权利要求书中公布了:1.一种基于窗口滑动的AUV地形辅助导航方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:计算地形置信度; 步骤2:根据步骤1,进行初始路径搜索; 步骤2.1:进行地形辅助导航算法初始化,根据惯性导航提供的位置信息,设置初始搜索范围半径为R,保证在较大定位误差情况下,AUV的真实位置在搜索范围内; 步骤2.2:在初始搜索范围内进行两次连续单波束声呐测量得到水深值为z1和z2,得到两条搜索范围内的等深线数据为L1和L2,计算得到两条等深线与搜索范围内栅格线的交点为p1和p2,并以p1为初始点进行初始范围搜索; 步骤3:根据步骤2,进入匹配定位循环; 步骤3.1:以p1为起点,计算其沿着惯性导航系统的航行θ1是否与等深线L2存在交点,若存在交点则初始点保留,否则删除,其中判断是否存在交点计算方法为,等深线1上的点向等深线2中连续两点做连线,求出每条连线的斜率;通过判断三条斜率之间的关系,确定是否存在交点,其判断公式为: 式中,θ1为惯性导航提供的航向信息,p1,i′为p1中第i′个初始点的坐标,p2,j′和p2,j′+1为p2中第j′和j′+1个点的坐标; 步骤3.2:计算等深线p1沿惯性导航航行与p2的交点坐标为计算得到p1距离等深线L2的距离为Lrange,将计算得到的距离与惯性导航提供的距离Lins进行比较,并将距离差与设定的误差阈值δ进行比较,小于误差阈值的初始点p1进行保留,其余点则舍弃; 步骤3.3:步骤六得到的初始点较多,导致运算速度下降,将初始点在初始搜索范围内进行M等分,并取每个分段内误差最小的初始路径点进行保留,而其余点则进行舍弃; 步骤3.4:上述得到的路径点均在初始搜索范围内栅格线上,可能与真实位置存在一定的不同,为此将初始节点在一定范围内进行加密,避免因初始点都在栅格线上导致不必要的误差,并将得到的路径点进行交点判断与距离计算,通过误差阈值进行有效初始点筛选,完成路径初始化; 步骤3.5:启动单波束声呐测量得到水深数据为z*,并得到此时的位置信息为x*,y*,根据等深线疏密设置此区域的等深线置信度,并根据等深线置信度设置水深测量置信区间,当等深线密集时,设置小的置信区间,当等深线稀疏时,设置较大的置信区间,并得到置信区间的水深数据; 根据测量得到的水深数据与置信区间的水深数据,得到对应的等深线数据,并将等深线离散为等深线点,通过步骤3.1和3.2,计算上一个等深线上的路径点沿着惯性导航提供的航向是否与该等深线存在交点,若有交点进行距离计算,将计算得到的距离与惯性导航提供的航行距离进行比较,小于误差阈值的路径进行保留; 步骤3.6:随着时间的增加,步骤3.5得到的初始路径点数量逐渐降低,直到所有的等深线之间的距离差都满足误差阈值δ,此时导航方法已经得到收敛,此阶段的地形辅助导航方法结束; 步骤3.7:计算此区域的最终路径,若最终存在初始路径点大于1,最终路径数量为W,根据价值函数确定最终路径初始点,确定整条路径信息,路径的价值函数与整条路径信息有关,其大小为路径长度误差和的倒数,计算公式为: 式中为第j条最终路径惯性导航的距离测量值,为第j条最终路径两条等深线之间的路径距离,j为最终保留的路径中第j条路径; 步骤3.8:根据每条路径价值函数确定每条路径权重,其权重计算公式如下所示: 步骤3.9:权重归一化,公式如下: 步骤3.10:根据权重公式得到路径终点的位置信息,计算公式如下所示: 式中xj与yj分别为第j条最终路径上终点的水平坐标; 步骤4:计算与惯性导航提供的距离之差; 步骤5:根据步骤4,判断是否进行窗口滑动,如进行窗口滑动则循环执行步骤2至4,直至到达终点,完成匹配定位。
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