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利用前视和测高声呐的UUV地形跟踪动态路径生成方法

陈涛 万首

陈涛, 万首. 利用前视和测高声呐的UUV地形跟踪动态路径生成方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 304-310 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047
引用本文: 陈涛, 万首. 利用前视和测高声呐的UUV地形跟踪动态路径生成方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 304-310 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047
CHEN Tao, WAN Shou. Dynamic Path Generation Method for UUV Terrain Tracking Using Forward-Looking Sonar and Altimetry Sonar[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(2): 304-310. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047
Citation: CHEN Tao, WAN Shou. Dynamic Path Generation Method for UUV Terrain Tracking Using Forward-Looking Sonar and Altimetry Sonar[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(2): 304-310. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047

利用前视和测高声呐的UUV地形跟踪动态路径生成方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047
详细信息
    作者简介:

    陈涛:陈 涛(1983-), 男, 教授, 主要研究方向为无人水下航行器控制

  • 中图分类号: TJ630.34; U666.1

Dynamic Path Generation Method for UUV Terrain Tracking Using Forward-Looking Sonar and Altimetry Sonar

  • 摘要: 保持对海底地形的定高跟踪航行是无人水下航行器(UUV)执行海洋勘测和水下目标搜索任务时常采用的一种运动形式, 其核心是UUV如何对未知起伏的海底地形进行实时探测, 并基于探测信息在线、动态地生成跟踪路径, 以实现对地形的定高跟踪航行, 同时避免与地形发生碰撞。针对上述问题, 提出了一种基于前视声呐探测地形信息、基于多项式拟合动态生成跟踪路径的方法。首先, UUV利用前视声呐对海底地形进行实时探测, 对获得的地形探测数据进行仿射处理后, 得到具有离散特性的定高仿射数据。然后, 采用基于最小二乘准则的三次多项式方法对仿射数据进行拟合, 生成基于多项式函数描述的UUV地形跟踪航行路径。最后, 设计了一种包含声呐探测、数据仿射、路径生成和跟踪控制的动态执行框架, 实现UUV的实时地形跟踪航行任务。文中所提出的跟踪路径生成和动态执行框架通过对典型的海底“上坡”地形和“山地”地形跟踪的仿真验证, 证明了其有效性和可行性。

     

  • 图  1  UUV海底地形跟踪动态路径生成示意图

    Figure  1.  Diagram of dynamic path generation for UUV seafloor terrain tracking

    图  2  UUV测高声呐和前视声呐安装示意图

    Figure  2.  Installation diagram of UUV altimetry sonar and forward-looking sonar

    图  3  声呐探测-路径生成-跟踪控制动态执行框架

    Figure  3.  Dynamic execution framework based on sonar detection, path generation and tracking control

    图  4  “上坡”地形路径生成及跟踪结果

    Figure  4.  Path generation and tracking results in uphill terrain

    图  5  跟踪航行过程中纵倾指令及响应

    Figure  5.  Tracking longitudinal commands and responses during navigation

    图  6  “上坡”地形跟踪中探测点、仿射点及生成路径      

    Figure  6.  Detection points, affine points and generated path in uphill terrain tracking

    图  7  “山地”地形路径生成及跟踪结果

    Figure  7.  Path generation and tracking results in mountainous terrain

    图  8  跟踪航行过程中纵倾指令及响应

    Figure  8.  Tracking longitudinal commands and responses during navigation

    图  9  “山地”地形跟踪中探测点、仿射点及生成路径    

    Figure  9.  Detection points, affine points and generated path in mountain terrain tracking

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-08
  • 修回日期:  2023-06-30
  • 网络出版日期:  2024-01-18

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