水下无人航行器快速航路规划方法研究

发布时间：2017-08-11 03:19

  本文关键词：水下无人航行器快速航路规划方法研究

  更多相关文章： 水下无人航行器 航路规划 海洋环境 A*算法 通视性方法

【摘要】：航路规划技术是决定水下无人航行器(UUV)智能化水平高低的关键技术,它是自主导航中的一个重要组成部分,对于水下无人航行器来说,在有障碍物以及其它限制条件存在的条件下沿着一条安全隐蔽、耗费代价小的路径是很重要的,但是寻找出这样一条航路是很复杂的。本文主要研究海洋环境下水下无人航行器的快速航路规划方法,先为海洋环境建立规划空间模型,然后在该模型上进行航路规划方法研究。在论文中,首先对水下无人航行器航路规划的研究背景、意义以及国内外研究现状进行了介绍,并简要描述了几种具有代表性的航路规划算法。同时分析了复杂海洋环境下的航路规划问题,就如何为复杂海洋环境构建一个合理的环境模型这一问题展开了研究。先对环境模型数据来源矢量电子海图进行了介绍,然后详细说明了复杂海洋环境模型建立过程,按所有的网格尺度大小一致的原则对整个规划区域进行等网格划分,再对每个网格进行环境约束区域属性标记。在复杂海洋环境模型的基础上,本文提出了基于通视性分析的快速航路方法,该方法使用“边走边看”的策略,对航行器的当前位置和目标点进行通视性检查,然后决定如何前进。经过多次通视性检查后,航行器可以避开各种环境约束区域到达目标点。该方法针对海洋环境范围大但各种约束区域分布比较稀疏的特点十分有效,它的主要优点就是规划速度很快。但是由于“边走边看”的策略本质上是一种“贪心”算法,其规划结果的最优性难以得到保证。在通视性检查的基础上,本文又提出了基于通视代价估计的启发式航路规划方法,该方法利用通视代价作为搜索启发信息,可以保证规划结果的全局最优性。本文对这两种方法进行了多组对比实验,并对实验进行了详细分析。实验表明:基于通视性分析的快速航路方法规划速度较快,但航路的最优性打了折扣;基于通视代价估计的启发式航路规划方法虽然速度比前者要慢,但规划出的航路的性能明显优于前者。本文最后介绍了水下无人航行器航路规划系统,包括系统模块设计、系统的整体流程、系统界面设计等,展示了航路规划结果以及二维、三维仿真效果。
【关键词】：水下无人航行器 航路规划 海洋环境 A*算法 通视性方法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U675.7;U674.941
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-16
• 2 复杂海洋环境下航路规划问题概述及常用算法介绍16-25
• 2.1 复杂海洋环境下航路规划问题概述16-18
• 2.2 航路规划常用方法18-23
• 2.3 本章小结23-25
• 3 海洋环境水下规划空间建模25-38
• 3.1 矢量海图介绍25-28
• 3.2 复杂海洋环境模型28-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 复杂海洋环境下的快速航路规划38-64
• 4.1 基于通视性分析的快速航路规划方法38-46
• 4.2 基于通视代价估计的启发式航路规划方法46-55
• 4.3 实验结果分析55-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 水下无人航行器航路规划系统64-73
• 5.1 系统总体设计64-68
• 5.2 系统界面设计68-70
• 5.3 航路规划结果及仿真70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 全文总结73-74
• 6.2 课题展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79

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本文编号：653984