基于避碰规则的无人船路径规划技术研究

发布时间：2023-06-03 15:09

　　水面无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)具备模块化、自主化以及智能化等优点,通过装配各种传感器和执行机构,能够高效地完成复杂水上任务。在海洋和军事应用领域,以及水上环境监测都得到广泛应用。USV需要在高度动态和复杂未知的水域情况下,实现高效自主巡航。因此,研究不同环境信息下实时避障的路径规划技术至关重要。本文以“基于避碰规则的无人船路径规划技术研究”为题,主要研究了无人船在静态障碍物下的全局路径规划,以及在运动过程中遇到未知障碍物时的局部路径规划。其主要研究内容如下:(1)基于二次A^*算法的全局静态路径规划技术研究。针对普通A^*算法出现规划的路径转折点多、且不平滑的缺点。采用一种扩大搜索领域方法,使A^*算法扩展节点的角度不会只是45o,因此规划出一条长度更短、更加优化的路径,但随扩展节点增加,时间代价也成倍的增加。因此,基于向量余弦法思想,对A^*算法进行了二次优化,通过启发式信息搜索方式,在保障路径较小的基础上,还能减少对路径无效节点的计算时间。(2)基于避碰规则的避碰...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和来源
        1.1.1 课题背景和研究意义
        1.1.2 课题来源
    1.2 USV国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文研究内容及安排
第2章 USV全局静态路径规划
    2.1 USV路径规划原理
    2.2 全局路径规划算法
        2.2.1 USV环境模型建立
        2.2.2 基于A^*算法的全局路径规划
        2.2.3 启发函数的选择
    2.3 二次优化A^*算法
        2.3.1 A^*算法的缺陷
        2.3.2 扩大节点搜索领域法
        2.3.3 基于向量余弦法的二次优化
    2.4 USV全局路径规划仿真实验与分析
    2.5 本章小结
第3章 USV避碰规则及决策模型的建立
    3.1 USV避碰规则和局势划分
        3.1.1 USV的避碰规则
        3.1.2 会遇局势的划分
    3.2 运动参数计算
    3.3 碰撞危险度计算
        3.3.1 空间碰撞危险度
        3.3.2 时间碰撞危险度
        3.3.3 避碰决策模型的建立
    3.4 本章小结
第4章 基于避碰规则的局部动态路径规划
    4.1 局部路径规划算法
        4.1.1 人工势场算法
        4.1.2 人工势场法主要缺陷
    4.2 基于势场函数的改进
        4.2.1 引力场函数的改进
        4.2.2 斥力场函数的改进
    4.3 障碍物预处理
    4.4 USV局部路径规划仿真实验与分析
        4.4.1 追越局面
        4.4.2 对遇局面
        4.4.3 交叉局面
    4.5 本章小结
第5章 实验及结果分析
    5.1 无人船系统概述
    5.2 USV路径规划系统及工作流程
        5.2.1 路径规划系统工作原理
        5.2.2 USV路径规划算法实验平台
    5.3 综合实验与分析
        5.3.1全局路径规划实验
        5.3.2局部路径规划实验
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果



本文编号：3829534