福建船政交通職業學院李翼獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉福建船政交通職業學院申請的專利一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120352875B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510822109.1,技術領域涉及:G01S15/93;該發明授權一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統是由李翼;林琦設計研發完成,并于2025-06-19向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統,通過寬波束聲吶組采集原始環境信息,并采用自適應濾波進行動態降噪處理,得到環境探測信息。通過導航補償模塊獲取無人艇運動狀態并對環境探測信息進行運動誤差補償,得到環境修正信息。基于環境修正信息構建橢球空間安全區域并實時計算安全航行邊界,獲得安全航行信息。避障決策模塊根據實時航行狀態和安全航行信息生成多級避障策略,執行控制模塊將策略轉化為避障指令,并動態調整輸出頻率以適配不同航行工況。該系統有效解決了傳統避障系統在復雜水下環境中探測精度不足、響應滯后的問題,實現了無人艇水下避障的全方位、高精度控制,顯著提升了避障系統的實時性和環境適應性。
本發明授權一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統在權利要求書中公布了:1.一種基于分布式寬波束聲吶的無人艇水下避障系統,其特征在于,包括: 聲吶探測模塊,包括寬波束聲吶組,每一所述寬波束聲吶組包括寬波束發射器和寬波束接收器,所述聲吶探測模塊用于采集原始環境信息,并采用自適應濾波對所述原始環境信息進行動態降噪處理,得到環境探測信息; 導航補償模塊,用于獲取無人艇運動狀態,并對所述環境探測信息進行運動誤差補償,得到環境修正信息; 安全域構建模塊,用于根據所述環境修正信息構建當前無人艇的橢球空間安全區域,包括: 逐一獲取所述環境修正信息中的障礙物位置,并提取障礙物相對于無人艇的方位角和距離信息; 以當前時刻的寬波束發射器的第一實際位置和寬波束接收器的第二實際位置為雙焦點,基于聲波傳播時間差計算橢球參數,包括: 將最早回波的原始環境信息對應的最短傳播距離作為橢球長軸; 根據收發換能器間距確定橢球焦距,以及,根據無人艇實時吃水深度計算橢球短軸; 根據所述橢球長軸、橢球短軸以及所述橢球焦距得到所述橢球參數; 在世界坐標系下根據所述橢球參數構建動態橢球安全模型,包括: 建立以收發換能器為雙焦點的橢球方程; 根據實時導航數據更新橢球空間的位置; 可視化所述橢球空間安全區域; 并實時計算所述橢球空間安全區域相對應的安全航行邊界,得到安全航行信息,包括: 計算所述橢球空間安全區域與無人艇船體輪廓的空間關系,生成初始安全航行邊界; 根據所述初始安全航行邊界輸出橢球空間安全區域的初始安全區域數據集,所述初始安全區域數據集包括初始邊界坐標集合、初始最近障礙物告警等級; 基于初始邊界坐標集合,建立三維空間柵格地圖,所述三維空間柵格地圖包括多個柵格單元; 根據所述初始最近障礙物告警等級逐一將柵格單元標記為安全區域、警戒區域或危險區域; 獲取無人艇的動力學參數,根據所述動力學參數計算可航域,所述動力學參數包括當前無人艇的航速、轉向角、橫搖角度以及縱搖角度,包括: 根據無人艇當前的航速和轉向角生成最小回轉半徑; 根據橫搖角度、縱搖角度生成當前最小回轉半徑對實際可操作空間的影響系數; 根據所述最小回轉半徑、影響系數以及預設安全余量閾值生成三維空間柵格地圖的可航域; 避障決策模塊,用于獲取當前無人艇的實時航行狀態和安全航行信息,生成具有優先級的多級避障策略; 執行控制模塊,用于將所述多級避障策略轉化為避障指令,所述避障指令包括航向控制指令和航速控制指令,并動態調整避障指令的輸出頻率以適配不同的航行工況。
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