[發(fā)明專利]一種用于多波束聲吶掃描作業(yè)的水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010314098.3
• 申請(qǐng)日: 2020-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN111506068B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鈺斐;孫延超;萬(wàn)磊;秦洪德;陳哲;牛廣智;李騁鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 時(shí)起磊

一種用于多波束聲吶掃描作業(yè)的水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法，本發(fā)明涉及水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有局部路徑規(guī)劃方法避障準(zhǔn)確率低的問(wèn)題。過(guò)程為：一、得到水面無(wú)人艇航所受引力的大小和方向；二、得到水面無(wú)人艇所受的斥力大小；三、將水面無(wú)人艇所受引力的大小和所受斥力的大小進(jìn)行矢量和計(jì)算，判斷矢量和是否為0，若為0，則執(zhí)行四；若不為0，則將矢量和疊加在無(wú)人艇上，完成無(wú)人艇的局部路徑規(guī)劃；四、得包含逃逸勢(shì)場(chǎng)的改進(jìn)引力場(chǎng)函數(shù)，對(duì)改進(jìn)引力場(chǎng)函數(shù)取負(fù)梯度得改進(jìn)引力函數(shù)；五、將所受引力和斥力進(jìn)行矢量和計(jì)算后疊加在無(wú)人艇上，完成無(wú)人艇的局部路徑規(guī)劃。本發(fā)明用于無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

水面無(wú)人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是幾大無(wú)人載體中的其中一類，但是較無(wú)人機(jī)，無(wú)人車和無(wú)人水下航行器發(fā)展的較晚。同有人艦艇相比，水面無(wú)人艇憑借其無(wú)人、體積小、高速等典型優(yōu)點(diǎn)，可以更高效的完成一些民用和科考任務(wù)，如海洋資源勘探，海洋地理信息收集，海圖繪制和海上搜救等，同時(shí)也可執(zhí)行多種軍事任務(wù)，如海上情報(bào)收集，重點(diǎn)海域監(jiān)測(cè)，排雷作業(yè)，反潛探測(cè)，反恐突擊等^[1-3]([1]Li M.,He Y.,Ma Y.,etal.Design and implementation of a new jet-boat based unmanned surface vehicle[C].Proceedings of International Conference on Automatic ControlArtificialIntelligence,Xiamen,China,2012:768-771.)([2]Villa J L.,Paez J.,Quintero C.,etal.Design and control ofan unmanned surface vehicle for environmentalmonitoring applications[C].Proceedings ofRoboticsAutomation,Bogota,Colombia,2017:1-5.)([3]Specht C.,Switalski E.,Specht M.Application of an autonomous/unmanned survey vessel(ASV/USV)and bathymetric measurements[J].Polish MarineResearch,2017,24(3):36-44.)，如圖1所示。

局部路徑規(guī)劃則是由所攜帶的傳感器，實(shí)時(shí)獲取周圍環(huán)境主要是未知障礙物的信息，然后根據(jù)事先設(shè)置好的避碰準(zhǔn)則，實(shí)時(shí)重新規(guī)劃一條局部路徑完成避障。但由于水面無(wú)人艇高度非線性、交叉耦合的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性和不可預(yù)測(cè)的復(fù)雜水面環(huán)境，進(jìn)而增大了局部路徑規(guī)劃控制器設(shè)計(jì)的難度。

因此，本發(fā)明專利針對(duì)無(wú)人艇的局部路徑規(guī)劃問(wèn)題，提出一種基于改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的局部路徑規(guī)劃方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有局部路徑規(guī)劃方法避障準(zhǔn)確率低的問(wèn)題，而提出一種用于多波束聲吶掃描作業(yè)的水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法。

一種用于多波束聲吶掃描作業(yè)的水面無(wú)人艇局部路徑規(guī)劃方法具體過(guò)程為：

步驟一、基于傳統(tǒng)的人工勢(shì)場(chǎng)法的引力場(chǎng)設(shè)計(jì)改進(jìn)引力場(chǎng)，得到水面無(wú)人艇航行過(guò)程中所受引力的大小和方向；

步驟二、基于傳統(tǒng)的斥力場(chǎng)設(shè)計(jì)改進(jìn)斥力場(chǎng)，得到水面無(wú)人艇航行過(guò)程中所受的斥力大小；

步驟三、將步驟一得到的水面無(wú)人艇所受引力的大小和步驟二得到的水面無(wú)人艇航行過(guò)程中所受斥力的大小進(jìn)行矢量和計(jì)算，判斷矢量和是否為0，若為0，則執(zhí)行步驟四；若不為0，則將矢量和疊加在無(wú)人艇上，以此完成無(wú)人艇的局部路徑規(guī)劃；

步驟四、基于步驟一和步驟二設(shè)計(jì)逃逸勢(shì)場(chǎng)，將逃逸勢(shì)場(chǎng)帶入改進(jìn)引力場(chǎng)，得包含逃逸勢(shì)場(chǎng)的改進(jìn)引力場(chǎng)函數(shù)，對(duì)改進(jìn)引力場(chǎng)函數(shù)取負(fù)梯度得改進(jìn)引力函數(shù)；