一种无人水下航行器智能任务规划系统的制作方法

本发明涉及一种无人水下航行器智能任务规划系统，用于无人水下航行器自主任务规划。

背景技术：

1、随着人类对海洋探索的不断深入，无人水下航行器被越来越广泛的应用到海洋勘探、海底扫测、广域侦察中。海洋环境复杂多变，任务模式多种多样，对水下航行器的智能化提出更高要求。智能任务规划是航行器智能化的重要表现形式之一，也是全自主作业的基础。由于无人水下航行器发展起步较晚，目前尚无较为全面的自主任务规划系统。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了当前水下航行器的任务规划系统功能单一，系统自主性、智能性和工程应用性不足的问题。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种无人水下航行器智能任务规划系统，包括综合通信单元、多任务管理单元、环境分析单元、路径规划单元、综合记录单元；

4、综合通信单元用于无人水下航行器内部的系统间通信，也用于与无人水下航行器外部通信；

5、多任务管理单元用于任务管理，包括任务启动与停止、子任务的调度、航行安全监控、载荷调度；

6、环境分析单元，根据载荷的探测数据和目标识别解算的水下障碍和水下目标情况，结合任务要求和无人水下航行器航行状态，确定目标和障碍的重要度和威胁度，用于任务规划和路径规划；

7、路径规划单元用于实时在线规划无人水下航行器的目标位置、姿态和速度，确保无人水下航行器以最优化状态完成运动路径；

8、综合记录单元用于对无人水下航行器信息有分类的进行记录。

9、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

10、(1)本发明将综合通信、多任务管理、环境分析、路径规划、综合记录5大功能进行了整体设计和集成，且通信链路覆盖了主要通信方式，任务规划系统更加全面。

11、(2)本发明的任务规划系统为全自主运行，不需要人在回路。

12、(3)本发明的任务规划系统中多任务管理单元集成了多个子任务，子任务采用模块化设计，可组合成多种复杂任务，完全满足无人水下航行器执行大多数水下搜探任务。因此本发明具备通用性，对常规水下航行器均适用。

13、(4)本发明所涉及的方法实时性好，可以在轻量化板载处理器中集成。因此本发明具备工程实用性。

技术特征：

1.一种无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，包括综合通信单元、多任务管理单元、环境分析单元、路径规划单元、综合记录单元；

2.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，综合通信单元对内通信方式包括can、udp、rs232中的一种或多种，对外通信方式包括无线电通信、卫星通信、水声通信中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，无人水下航行器信息包括无人水下航行器三轴航行位置姿态速度信息、全机告警信息、任务流程信息、载荷工作状态信息、收发指令情况、全机启动日志。

4.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，综合通信单元用于进行通信速率和稳定性分析，具体方法包括：先假设数据链正常，每隔一段时间t1统计数据双向收发量r1和时间延迟d1；当r1等于0时，表示链路断开，当d1大于设定时间t2时，代表链路稳定性差，建议切换链路。

5.根据权利要求4所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，针对不同链路，t2的时间不同，无线电链路时设定t2小于10s，卫星链路时设定t2小于20s，水声链路时设定t2小于30s。

6.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，子任务包括定/变深巡航、定/变深悬停、定/变深循迹、定/变深区域扫测、定/变高巡航、定/变高悬停、定/变高循迹、定/变高区域扫测。

7.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，环境分析单元初步识别到的水下障碍的标记方法为(o：lat,lon,d,m)，水下目标的标记方法为(t：lat,lon,d,m)；其中o代表障碍，t代表目标，lat代表纬度，lon代表经度，d代表深度，m代表运动和静止，其中m＝1代表运动，m＝0代表静止。

8.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，环境分析单元将无人水下航行器的当前位姿速度信息表示为(lat0_auv,lon0_auv,d0_auv,vx0_auv,vy0_auv,vz0_auv,r0_auv,p0_auv,y0_auv)；lat0_auv表示航行器当前纬度，lon0_auv表示航行器当前经度,d0_auv表示航行器当前深度,vx0_auv、vy0_auv和vz0_auv表示航行器当前三维速度，vx0_auv沿航行器体轴指向艏部，vz0_auv垂直向下，vy0_auv垂直于vx0_auv和vz0_auv构成的平面向右；r0_auv,p0_auv,y0_auv表示航行器当前三轴姿态角，分别为横滚角、俯仰角、艏向角。

9.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，环境分析单元中威胁度用于表示与航行器相撞的概率以及对任务路径的阻挡，数值范围为0至1，0为无威胁，1为威胁最大：计算(o：lat,lon,d,m)和(lat0_auv,lon0_auv,d0_auv,vx0_auv,vy0_auv,vz0_auv,r0_auv,p0_auv,y0_auv)的相对位置和相向速度，利用卡尔曼滤波方法进行跟踪，碰撞概率越大威胁度越大，阻挡任务路径时威胁度为1。

10.根据权利要求1所述的无人水下航行器智能任务规划系统，其特征在于，路径规划单元用于融合障碍威胁度、目标重要度、航行器当前位姿和任务要求，在线实时规划出航行器的运动路径：以最大化贴合原路径和尽可能覆盖航线全部目标为目的，全局规划采用a*算法，局部规划采用人工势场法，同时在原航线中追加标识点，确保尽快回到原航线。

技术总结
一种无人水下航行器智能任务规划系统，包括：综合通信单元用于无人水下航行器内部的系统间通信，也用于与无人水下航行器外部通信；多任务管理单元用于任务管理，包括任务启动与停止、子任务的调度、航行安全监控、载荷调度；环境分析单元，根据载荷的探测数据和目标识别解算的水下障碍和水下目标情况，结合任务要求和无人水下航行器航行状态，确定目标和障碍的重要度和威胁度，用于任务规划和路径规划；路径规划单元用于实时在线规划无人水下航行器的目标位置、姿态和速度，确保无人水下航行器以最优化状态完成运动路径；综合记录单元用于对无人水下航行器信息有分类的进行记录。

技术研发人员：王亭亭,安平,董权威,周桐宇,赵俊波
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22