动态拥挤环境中无人艇自主靠泊方法

发布时间：2020-06-16 12:10

【摘要】：自21世纪以来,人类不断加强对海洋资源的探索,世界各国也开始越来越重视自己的蓝色领土,我国有数百万平方公里的海洋领土,海洋里面蕴含着丰富的资源,在当今全球资源紧张的情况下,开发利用海洋资源已是必然的趋势。本文面向欠驱动小型无人艇领域,针对日益增加的复杂多样的海洋研究和海洋应用等工作需求,提出一种考虑无人艇自身能源消耗最低,同时可以在复杂交通环境里面进行自主避障、靠泊的无人艇自主规划方法。该方法可有效提高欠驱动小型无人艇在海洋中的续航能力,同时确保欠驱动小型无人艇在复杂环境下的自主性和安全性。本文的研究内容如下:针对欠驱动小型无人艇全局路径规划问题,根据无人艇能耗模型和A*算法基本原理,设计考虑海流的无人艇节能寻优函数,形成节能A*和节能Simple A全局路径规划算法,最后对所提节能规划算法进行仿真对比试验验证,经过在多种不同海况下与传统A*算法的仿真对比试验,验证所提算法的有效性。针对动态拥挤环境中欠驱动小型无人艇自主避碰问题,在传统速度障碍法的基础上,充分考虑该环境下无人艇的低速运动特性,结合椭圆速度障碍原理和COLREGs海事避碰规则,设计出适用于动态拥挤环境的无人艇自主避碰决策算法,通过与传统速度障碍算法的对比仿真试验,检验该算法的避碰性能。借助UWB室内定位装置,设计出UWB室内定位测速测向系统,利用该系统和毫米波雷达在水池进行无人艇自主避碰试验,对测速测向系统的探测精度进行检验,并验证所提无人艇自主避碰算法的部分应用性。针对欠驱动小型无人艇自主靠泊规划问题,提出一种多级引导的无人艇自主靠泊规划算法,利用仿真试验验证该靠泊规划算法的可行性,并对该算法进行二次优化,进一步增强该算法的安全性和鲁棒性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.82
【图文】：

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图邋１．５邋“Ｃ－Ｅｎｄｕｒｏ”邋ＵＳＶ逡逑１．２．２国内发展现状逡逑与国外相比，国内无人艇技术的发展起步相对较晚，但经过科研工作者的不懈努力，逡逑中国无人艇的发展正在以极快的速度追赶着其他国家。目前己经有相关单位在无人艇的逡逑研发上取得了一定的优秀成果，其中主要包括：哈尔滨工程大学、云洲智能技术有限公逡逑司、上海大学、武汉理工大学、西北工业大学、中国航天科工集团、中国船舶集团、中逡逑科院沈阳自动化所等。逡逑①“天象一号”无人艇逡逑“天象一号”无人艇是中国第一艘用于气象探测的无人艇，由中国航天科工集团旗逡逑下子公司沈阳新光公司于２００８年研制完成［１３］，如图１．６所示。该无人艇艇长约为６．７米，逡逑排水量约为２．３吨，续航能力大约为２０天，艇体外壳由碳纤维构成，艇内搭载诸多先进逡逑设备和系统。逡逑

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