基于能耗最优的喷水推进无人艇路径规划方法研究

发布时间：2020-10-20 02:12

　　 随着全球能源消耗的增加,以及陆上资源的日渐枯竭,海洋资源的开发利用逐渐受到人们的重视。无人艇的研究恰好迎合了这方面的需求,一方面无人艇作为一种海上智能平台被广泛应用于海洋资源开发;另一方面无人艇也加入到了各国海上安全防卫的工作中。路径规划技术是实现无人艇智能化的重要一环,本文旨在研究以能耗最优为约束的无人艇路径规划技术,其中包含了如下研究内容:1.为分析无人艇在海上作业时的能耗大小,首先建立无人艇运动的数学模型,其中包含了无人艇的运动学以及动力学模型,此外还需建立海洋环境的数学模型,以及动力装置喷水推进器的数学模型。综合上述模型对无人艇的能耗进行分析计算。2.首先对S57标准的电子海图信息进行提取并转换成路径规划所需的数据格式,通过可视图法建立环境地图模型。然后分析无人艇在风浪等环境力作用下的能耗计算方法。而后改进传统蚁群算法易陷入局部最优解的缺陷,重新设计局部启发函数。在此基础上加入风和浪等干扰,并以能耗最优为目标改进信息素函数,进行以能耗最优为目标的全局路规划,同时与路径最短的全局规划进行对比。3.采用一种改进的人工势场法进行局部路径规划,对动态的障碍物进行规避。首先针对人工势场法中存在的局部极小值问题,提出一种旋转磁场的方法对引力函数进行改进。而后改进斥力函数,解决目标不可达问题。在得到改进的人工势场法后,将其与矢量的环境场相结合,最终形成时变海况下的能耗节省的规划技术。4.设计一种双层的路径规划方法。全局层采用基于能耗最优的蚁群算法进行规划,局部层采用人工势场法并结合时变海况,最终实现了全局规划与局部规划的协调切换,形成一套完整的以能耗最优为目标的路径规划方法。本课题研究以能耗最优为约束的无人艇路径规划技术,其中包含了对喷水推进无人艇能耗的分析计算,并以能耗最优为目标设计蚁群算法进行全局路径的规划,将改进人工势场法结合时变海况进行局部路径的规划,最后设计一种双层路径规划的方法,将全局规划与局部规划协调切换,最终实现以能耗最优为目标的路径规划。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.82
【部分图文】：

(c) “Ow1 MK Ⅱ”号 USV (d) “UHSV”号 USV图 1.1 美国的典型 USV以色列的无人艇技术也处于世界一流水平，在各项技术指标中表现出色[17]。例如，2003 年研制的首批“保护者”号(Protector)USV(如图 1.2a 所示)，不但具有与“斯巴达”号具有相似的性能指标，同时新增了隐身的功能。2006 年，以色列研制成功了“银色马林鱼”(Silver marlin)号 USV(如图 1.2b 所示)，该艇续航能力出色最远可达 500 海里。(a) “Protector”号 USV (b) “Silver marlin”号 USV

(a) “Spartan”号 USV (b) “SSC San Diego”号 USV(c) “Ow1 MK Ⅱ”号 USV (d) “UHSV”号 USV图 1.1 美国的典型 USV以色列的无人艇技术也处于世界一流水平，在各项技术指标中表现出色[17]。例如，2003 年研制的首批“保护者”号(Protector)USV(如图 1.2a 所示)，不但具有与“斯巴达”号具有相似的性能指标，同时新增了隐身的功能。2006 年，以色列研制成功了“银色马林鱼”(Silver marlin)号 USV(如图 1.2b 所示)，该艇续航能力出色最远可达 500 海里。

国内典型USV
【参考文献】

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本文编号：2848055