[發(fā)明專利]一種UUV抵近海底作業(yè)過程中航路生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710347926.1
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN107168344B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)浙平;徐達(dá);萬闖;陳濤;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/06
• 分類號(hào): G05D1/06;G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種UUV抵近海底作業(yè)過程中航路生成方法。包括以下步驟，步驟一：UUV利用傳感器采集當(dāng)前自身信息，UUV接收任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)，UUV接收障礙物信息；步驟二：構(gòu)建柵格地圖，根據(jù)UUV的幾何約束對障礙物進(jìn)行膨脹處理，表示在相應(yīng)的柵格地圖中；步驟三：根據(jù)每個(gè)柵格障礙屬性將柵格地圖分為可行區(qū)和不可行區(qū)；步驟四：根據(jù)障礙物位置誤差和UUV導(dǎo)航誤差計(jì)算可行區(qū)S₁中每一柵格的潛在危險(xiǎn)性步驟五：根據(jù)每個(gè)柵格的潛在危險(xiǎn)性利用逆向A^*算法生成航路。本發(fā)明能夠提高航路精度，提高UUV抵近海底作業(yè)安全性與可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)自主控制領(lǐng)域，尤其涉 及針對復(fù)雜作業(yè)環(huán)境UUV進(jìn)行自主航行的，一種UUV抵近海底作業(yè)過程中航路生成方法。

背景技術(shù)

在水下無人航行器抵近海底作業(yè)過程中，由于距離遠(yuǎn)、環(huán)境復(fù)雜，一般要求UUV具有高 續(xù)航能力與自主能力，當(dāng)UUV執(zhí)行抵近海底作業(yè)任務(wù)時(shí)，UUV難以隨時(shí)返回水面或者母船附 近進(jìn)行任務(wù)下載和信息反饋，一般需要UUV在完成一系列任務(wù)后再返回。UUV需要先航行到 作業(yè)區(qū)，根據(jù)接收到的任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行航路生成，UUV沿著生成的航路避開障礙物到達(dá)目標(biāo) 點(diǎn)。因此對UUV抵近海底作業(yè)的安全性要求非常高。

由于傳感器本身就存在測量誤差，導(dǎo)致已知障礙物的位置其實(shí)就存在原始誤差；當(dāng)UUV 進(jìn)行抵近海底作業(yè)時(shí)，如果在生成UUV航路過程中對障礙物的原始位置誤差不予考慮，那么 實(shí)際障礙物會(huì)嚴(yán)重影響UUV的航行安全。同樣由于UUV深海作業(yè)的特殊性，UUV不能及時(shí)進(jìn) 行導(dǎo)航校準(zhǔn)，因此UUV的導(dǎo)航誤差也會(huì)影響UUV的航行。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)?01210102688.5的專利《一種水下航行器的避障方法》和申請?zhí)?201110086941.8的專利《基于迷你聲吶的水下目標(biāo)探測與AUV自動(dòng)避碰方法及系統(tǒng)》。雖然 兩個(gè)專利都涉及UUV對障礙物的避碰處理，但并沒有涉及傳感器測量障礙物導(dǎo)致障礙物位置 誤差對UUV航行安全的影響。以及申請?zhí)?01410264172.X的專利《基于多項(xiàng)式的UUV空間軌 跡規(guī)劃方法》也沒有涉及障礙物位置誤差及UUV導(dǎo)航誤差對規(guī)劃軌跡的影響。因此在實(shí)際障 礙物的不確定性以及UUV導(dǎo)航誤差影響下，如何生成高精度的航路，提高UUV深海作業(yè)安全 性與魯棒性，成為我們亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠生成最優(yōu)航路，進(jìn)一步提高UUV遠(yuǎn)距離作業(yè)安全性與可靠 性的，UUV抵近海底作業(yè)過程中航路生成方法。

一種UUV抵近海底作業(yè)過程中航路生成方法，包括以下幾個(gè)步驟，

步驟一：UUV利用傳感器采集當(dāng)前自身位姿信息，包括：UUV的初始位置(x_S,y_S)，航行 速度V₀，航行時(shí)間t₀；UUV接收任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)(x_G,y_G)，UUV接收障礙物信息，其中UUV接收到的第k個(gè)障礙物O_k為以CO_k為圓心，以R_Ok為半徑的圓，障礙物圓心坐標(biāo)為 0≤k≤M；M為障礙物數(shù)量；

步驟二：構(gòu)建柵格地圖，柵格I_ij的坐標(biāo)為(x_i,y_j)；根據(jù)UUV的幾何約束對障礙物進(jìn)行第 一次膨脹處理，膨脹寬度D1＝L，L為UUV體長，第一次膨脹后障礙物O′_k的圓心不變，半徑 為R′_Ok＝R_Ok+D1，將第一次膨脹后的障礙物表示在相應(yīng)的柵格地圖中，有障礙物的柵格障礙 屬性記為1，沒有障礙物的柵格障礙屬性記為0；

步驟三：根據(jù)柵格障礙屬性將柵格地圖分為可行區(qū)和不可行區(qū)，如果柵格障礙屬性 為0，該柵格屬于可行區(qū)S₁，否則該柵格屬于不可行區(qū)S₂；