基于前视声呐的水下目标探测与跟踪算法研究及系统实现

发布时间：2020-03-27 13:21

【摘要】：随着国家海洋战略的转变和海洋地位的提高,有关水下潜器的水声技术备受国内外瞩目。因此,研究基于前视声呐的水下目标探测与跟踪,对水下潜器的水下探测与跟踪技术的发展有着重大实际意义。本文主要关注基于前视声呐的水下最近障碍物探测和目标跟踪问题,研究了基于前视声呐图像的图像处理方法,实现了一种适用于单波束步进前视声呐的目标探测与跟踪系统。本文根据Micorn DST型前视声呐图像的特点,研究了基于前视声呐图像的最近障碍物目标探测算法,由中值滤波,基于对数隶属度的模糊增强,最大熵分割,疑似目标筛选和改进反距离加权插值后向映射算法组成。然后根据有缆水下机器人平台的实际需求,研究实现了一种基于前视声呐的声探测系统,并取得了预期实验结果。之后本文分析了Micorn DST型前视声呐图像中水下目标的多种灰度,形状和纹理特征,最后选择使用不变矩构造特征集合,作为粒子滤波跟踪方法的观测模型。并且对比了使用灰度模板匹配作为观测模型的经典粒子滤波算法和以特征集合作为观测模型的粒子滤波算法,最终实现了一种基于前视声呐图像的粒子滤波算法,然后根据本文研究的声探测系统,完成了声探测系统的目标跟踪功能。本文研究实现的声探测系统可以提供水下最近障碍物的预警功能,具有较完整的软硬件结构,并且经过水池实验和海洋实验测试了声探测系统的性能。实现结果表明,声探测系统可以为水下机器人提供稳定可靠的最近障碍物预警功能。根据研究实现的声探测系统,继而开发了基于粒子滤波的目标跟踪模块,经实际数据验证,目标跟踪模块可以对水下目标进行有效的跟踪,为声探测系统提供目标跟踪的功能。
【图文】：

现状世界各国海洋战略的调整，中国、美国、英国，，日本大量的资源用于水声技术的研究。其中，为研究水声测与跟踪技术，各国甚至成立了许多专门的科研机构经过长年的技术发展，这些机构设计实现的水下探测智能化，某些机构设计的智能化水下探测与跟踪系统甚逻辑能力。这些研究国家当中，美国对水下目标探测究已到了较为成熟的阶段，而且相应的研究成果已经到了广泛应用。中国等国家虽然起步较晚，但是技术究机构和高校研究实验室来进行以 ROV 或 AUV 为，并在许多关键技术取得了突破性的进展，达到了接近国夏威夷大学研究人员设计研制了 SAUVIM 水下机器全自主操作模式在非结构化环境中成功执行水下目AUVIM 水下机器人如下图 1.1 所示：

SAUVIM距离阶段性目标搜索
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;U666.7

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本文编号：2603008