避碰声纳的数据采集与处理系统

【摘要】： 无人潜航器(Unmanned Underwater Vehicle)的障碍物避碰技术是无人潜航器实现安全航行和完成水下所有预定任务的前提和基础,因此无人潜航器的障碍物避碰技术在当今世界上正越来越受到各个国家的普遍关注。本课题所研究的避碰声纳数据采集与处理系统将为无人潜航器的主动避碰提供充分而准确的外界障碍物信息,因此,避碰声纳数据采集与处理系统将直接影响到无人潜航器水下航行的安全。本课题是由避碰声纳整体系统设计与搭建、避碰声纳数据采集、避碰声纳数据处理三个部分组成。 避碰声纳整体系统设计与搭建主要是设计出既顺应当今无人水下机器人避碰技术的最新发展要求,又符合本课题中的无人潜航器自身特点的一套避碰声纳数据采集与处理系统。 避碰声纳数据采集主要是利用机械扫描避碰声纳的RS232通信协议,对避碰声纳的图像数据进行采集,将采集出来的图像数据进行坐标转换和波束内插,组成便于机器处理和识别的数据。 避碰声纳数据处理是本课题的核心部分,针对声纳图像中不同类型的噪声,将采集到的声纳图像数据进行去噪平滑、图像分割、图像形态学处理等方法,剔除图像的噪声,随后采用轮廓提取算法对声纳图像中的封闭空间进行轮廓提取,预先设定轮廓的面积阈值,保留大面积的轮廓,剔除小面积的噪声。最终利用基于形态特征信息提取方法提取声纳图像中的障碍物信息(障碍物的大小、距离)并将障碍物信息传送到无人潜航器的中央控制单元。 通过水下实验室实验和海上的现场实验,对声纳数据采集与处理部分的性能进行了一系列的测试。实验数据表明,所探测到的障碍物信息具有良好的稳定性和可靠性,达到了本课题的研究目的。