[發明專利]一種RRT與人工勢場法相結合的AUV目標搜索方法

在審

• 申請號: 202210692482.6
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN114879706A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李娟;張子浩;張韻;唐照東;周佳加;陳濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種RRT與人工勢場法相結合的AUV目標搜索方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采用柵格法分割AUV搜索區域的水下環境，將搜索區域分割為M*N*K個柵格單元，柵格集合為t＝{(i,j,k)|i＝1,2...M；j＝1,2,...N；k＝1,2,...K}，每個柵格表示k水深度代價矩陣中的第i行第j列；

步驟2：AUV通過聲吶探測尋找目標，若聲吶探測范圍內存在目標，則執行步驟5；若聲吶探測范圍內不存在目標，則更新AUV周圍的環境信息后，執行步驟3：

步驟3：結合更新后的環境信息，求解搜索決策函數，得到下一步要搜索的最佳搜索點；

搜索決策函數：

f(a,t)＝I_B(a,t+1)+I_D(a,t+1)

其中，I_B(a,t+1)為搜索任務收益，I_B(a,t+1)＝k₁dis(S_n,t)+k₂turn(S_n,t)；dis(S_n,t)表示t時刻AUV從當前位置到候選搜索點S_n之間的路徑代價；turn(S_n,t)表示t時刻AUV從當前位置到候選搜索點S_n之間的轉向角代價；

其中，τ為路徑代價系數；(x_n,y_n,z_n)為候選搜索點S_n的坐標；α為設定的AUV轉向角邊界值；β_n表示AUV從當前航向轉向候選搜索點S_n的轉向角；k_w為常數；

I_D(a,t+1)為區域遍歷收益，其中，b∈φ(a)表示以AUV當前位置為中心，AUV探測范圍為半徑的區域內的柵格b；B(b,t)表示t時刻柵格b的遍歷程度；

其中，V_b1(t)表示t時刻柵格b內已經搜索過的體積大小；V_b表示柵格b的體積大小；

步驟4：判斷下一步要搜索的最佳搜索點是否為AUV的可行區域；若不是可行區域，則返回步驟3重新求解；否則，執行步驟5；

步驟5：規劃路徑使AUV航行至最佳搜索點處：

步驟6：判斷目標是否被完全找到，若目標已經全部被找到，AUV停止運動，搜索任務結束；若目標沒有被完全找到，則返回步驟2。

2.根據權利要求1所述的一種RRT與人工勢場法相結合的AUV目標搜索方法，其特征在于：所述步驟5中采用人工勢場算法進行路徑規劃，具體為：

目標點處設置的引力勢能函數是：

F_att＝-grad(U_att)＝k(X-X_t)

U_att表示目標點周圍的引力勢能，F_att是AUV受到的目標點的引力，k是引力勢場常量，X＝(x,y,z)，X_t＝(x_t,y_t,z_t)分別是AUV和目標坐標；

障礙物附近斥力勢能函數是：

U_rep是障礙物附近的斥力勢能；F_rep是AUV受到來自障礙物的斥力；η是斥力勢場系數；ρ是AUV與障礙物之間的直線距離；ρ₀是障礙物的斥力效果最遠范圍；

AUV在引力斥力的作用下規劃路徑，AUV受到的合力是：