【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及水下航行器領域，更具體的說是涉及一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法、系統(tǒng)、設備及介質。
技術介紹
1、在水下航行器
，尤其是在深海探測、海洋科學研究、海底管道鋪設、水下軍事行動等方面，航行器需在復雜的水下環(huán)境中自主或遙控操作，這要求其具備高精度的避障能力以確保安全和任務成功。然而，現(xiàn)有碰撞檢測技術面臨的問題嚴重限制了航行器的性能和應用范圍。
2、水下環(huán)境的特殊性，如水流波動、能見度低、復雜地形，使得傳統(tǒng)基于簡單幾何模型的碰撞檢測算法難以精確模擬動態(tài)障礙物行為。例如，海洋生物的隨機游動、海底沉積物的不規(guī)則移動等，這些動態(tài)因素大大增加了碰撞預測的難度。
3、隨著水下航行器任務復雜度的提升，其周圍的環(huán)境模型也日趨復雜，包括多種形狀、尺寸的障礙物。高精度模型雖能提供更真實的碰撞檢測，但其計算需求成指數級增長，這對于資源有限的嵌入式航行器控制系統(tǒng)來說是一個巨大挑戰(zhàn)。特別是在實時處理方面，復雜的計算任務可能導致系統(tǒng)響應緩慢，影響航行器的機動性和避障效率。
4、同時，水下航行器的種類繁多，從小型無人潛航器到大型潛水艇，它們的尺寸、形狀、任務需求各不相同。現(xiàn)有的通用碰撞檢測算法往往難以滿足多樣化需求，需要針對每種航行器及其特定應用場景進行大量定制化調整。
5、當前某些碰撞檢測系統(tǒng)過度依賴單一傳感器(如聲納、攝像頭)的數據，未能充分利用多傳感器融合的優(yōu)勢。單一傳感器數據可能存在盲區(qū)、噪聲干擾等問題，且在復雜環(huán)境下難以提供足夠的環(huán)境信息。缺乏有效的數據預處理和融合機制，使得系統(tǒng)難以
6、因此，如何設計一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，保證水下航行器避碰系統(tǒng)的效率和準確性，提升水下航行器的安全性、自主導航能力以及執(zhí)行復雜任務的能力是本領域技術人員亟需解決的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，初期的交集判斷快速過濾掉大部分安全情況，后續(xù)的射線交點檢測進一步精確判斷，確保了碰撞預警的準確性，降低了因誤報導致的不必要的緊急操作，或因漏報引發(fā)的實際碰撞風險。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，包括：
4、s1、構建以水下航行器幾何中心為原點的三維坐標系；在所述三維坐標系中，水下航行器的航行方向為x軸正方向；
5、s2、基于所述三維坐標系，對障礙物進行球體建模，獲得圓柱形掃略區(qū)域，并構建水下航行器三維避碰模型，獲得水下航行器的圓柱形包圍盒；
6、s3、判斷所述圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒側面是否存在交集；若存在交集，則進入s4，否則，確定無碰撞風險；
7、s4、基于所述水下航行器三維避碰模型，構建水下航行器射線集合，判斷所述水下航行器射線集合中的所有射線，和圓柱形掃略區(qū)域是否存在交點；若存在交點，確定有碰撞風險，否則，確定無碰撞風險。
8、其中，所述s1中，構建以水下航行器幾何中心為原點的三維坐標系，包括：
9、獲取水下航行器在全局坐標系下的航行方向；所述航行方向通過航向角θ表示；
10、將全局坐標系中的x軸旋轉θ°，將所述航行方向定義為以水下航行器幾何中心為原點的局部坐標系下的x軸正方向；
11、基于所述x軸正方向，結合右手定則，確定y軸正方向及z軸正方向。
12、進一步的，所述s2中，對障礙物進行球體建模，獲得圓柱形掃略區(qū)域，包括：
13、基于障礙物的位置和尺寸信息，對障礙物進行球體建模，球體半徑為r1；
14、通過障礙物的速度和水下航行器的速度獲得障礙物相對水下航行器的速度
15、
16、利用所述障礙物相對水下航行器的速度結合時間窗口t，確定障礙物運行距離h1；
17、將所述球體半徑r1作為圓柱形掃略區(qū)域的底面半徑，將所述障礙物運行距離h1作為圓柱形掃略區(qū)域的高。
18、進一步的，所述時間窗口t：
19、t＝tmin+treaction+tbuffer
20、
21、其中，tmin為最短碰撞時間，treaction為水下航行器反應時間，tbuffer為安全緩沖時間；v3為障礙物相對水下航行器的速度值，amax為水下航行器最大減速能力，dsafe為障礙物和水下航行器的安全距離。
22、進一步的，所述s2中，構建水下航行器三維避碰模型，獲得水下航行器的圓柱形包圍盒，包括：
23、基于水下航行器的位置和尺寸信息，構建水下航行器三維避碰模型；
24、通過所述水下航行器三維避碰模型，確定所述圓柱形包圍盒的底面半徑r2和高h2；
25、r2＝max(rv,rh)
26、h2＝rf+rp
27、其中，rv為三維避碰模型的前半長軸，rh為三維避碰領域的后半長軸，rf為三維避碰領域的上下半長軸，rp為三維避碰領域的左右半長軸。
28、進一步的，所述s3中，判斷所述圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒側面是否存在交集，包括：
29、計算圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒軸線最小距離d1；若所述最小距離大于圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒的底面半徑之和，d1>r1+r2，則不存在交集，否則，存在交集。
30、進一步的，所述s4中，基于所述水下航行器三維避碰模型，構建水下航行器射線集合，判斷所述水下航行器射線集合中的所有射線，和圓柱形掃略區(qū)域是否存在交點，包括：
31、對所述水下航行器三維避碰模型進行八卦限劃分，獲取卦限劃分結果：
32、基于所述卦限劃分結果，識別和障礙物圓柱形掃略區(qū)域距離最小的卦限；
33、在所述和圓柱形掃略區(qū)域距離最小的卦限內，從航行器當前位置出發(fā)，向卦限邊界設定若干條射線，構建射線集合；
34、計算所述射線集合中每一條射線的端點，和圓柱形掃略區(qū)域側面的最小距離d2；
35、若所述最小距離大于圓柱形掃略區(qū)域半徑，d2>r1，則不存在交點，否則，存在交點。
36、第二方面，本專利技術提供了一種應用于水下航行器的碰撞檢測系統(tǒng)，包括：
37、坐標系構建模塊：用于構建以水下航行器幾何中心為原點的三維坐標系；在所述三維坐標系中，水下航行器的航行方向為x軸正方向；
38、障礙物模型與避碰區(qū)域生成模塊：用于基于所述三維坐標系，對障礙物進行球體建模，獲得圓柱形掃略區(qū)域，并構建水下航行器三維避碰模型，獲得水下航行器的圓柱形包圍盒；
39、交集檢測與初步避碰判斷模塊：用于判斷所述圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒側面是否存在交集；若存在交集，則結合下一模塊進一步判斷，否則，確定無碰撞風險；
40、射線集合構建與碰撞檢測模塊：用于基于所述水下航行器三維避碰模型，構建水下航行器射線集合，判斷所述水下航本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述S1中，構建以水下航行器幾何中心為原點的三維坐標系，包括：
3.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述S2中，對障礙物進行球體建模，獲得圓柱形掃略區(qū)域，包括：
4.根據權利要求3所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述時間窗口T：
5.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述S2中，構建水下航行器三維避碰模型，獲得水下航行器的圓柱形包圍盒，包括：
6.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述S3中，判斷所述圓柱形掃略區(qū)域和圓柱形包圍盒側面是否存在交集，包括：
7.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述S4中，基于所述水下航行器三維避碰模型，構建水下航行器射線集合，判斷所述水下航行器射線集合中的所有射線，和圓柱形掃略區(qū)域是否存在交
8.一種應用于水下航行器的碰撞檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.一種電子設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權利要求1至7任一項所述的碰撞檢測方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，所述存儲介質存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1至7任一項所述的碰撞檢測方法。
...【技術特征摘要】
1.一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述s1中，構建以水下航行器幾何中心為原點的三維坐標系，包括：
3.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述s2中，對障礙物進行球體建模，獲得圓柱形掃略區(qū)域，包括：
4.根據權利要求3所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述時間窗口t：
5.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述s2中，構建水下航行器三維避碰模型，獲得水下航行器的圓柱形包圍盒，包括：
6.根據權利要求1所述的一種應用于水下航行器的碰撞檢測方法，其特征在于，所述s3中，判...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：于雙寧，徐雪峰，李楊，韓俊慶，房媛媛，李彬，張妙藏，李冀永，鐘榮興，胡英俊，
申請(專利權)人：中國船舶集團有限公司第七零七研究所九江分部，
類型：發(fā)明
國別省市：
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