水面无人艇路径规划技术的研究

发布时间：2017-09-13 11:05

  本文关键词：水面无人艇路径规划技术的研究

  更多相关文章： 水面无人艇 势场法 动态栅格法 边界检测法 路径规划

【摘要】：21世纪以来，随着国际形势的日趋复杂。世界大国正将国防与外交重点转向海洋。随着军事科技的发展，军事装备的无人化程度越来越高，适应这一趋势的水面无人艇受到世界各大国的日益重视。本文就水面无人艇路径规划问题进行了深入研究，，并分别设计了无人艇全局路径规划方法和在未知复杂环境下的局部路径规划方法。 文章首先介绍了无人艇在国内外的研究现状和发展趋势。然后，对无人艇路径规划问题进行了分析，包括路径规划的概述、分类等，并在此基础上说明了本文研究的意义。 本文针对无人艇全局路径规划问题，结合势场法结构简单、实时性良好和栅格法编码简便、易于实现的特点，设计了一种全局路径规划方法——势场动态栅格法。该方法将改进势场法与动态栅格法相结合，通过栅格动态细化的方式建立环境模型，应用改进势场法来逐步搜索最优路径，使路径精度逐步达到精度要求；再通过采用减少折线的优化处理，进一步减少中间多余的路径节点，最终使得输出路径最优。仿真实验运行结果表明该方法降低了计算复杂度，可有效避免陷入局部极小值点的问题，具有较强的全局路径规划能力。 本文针对水面无人艇局部路径规划问题，设计了一种基于势场边界检测法的局部路径规划方法。该方法将改进势场法与边界检测法相结合，引入沿边行走行为来解决无人艇局部路径规划问题。对存在环境陷阱的未知复杂环境，可有效进行危险避障，并针对存在动态障碍物的情况给出了动态避碰策略，可作为无人艇全局路径规划的有力补充。实验运行结果表明该方法具有较强的局部路径规划能力，能够实时规划出安全、有效的路径。 最后在MATLAB环境下，将高分辨率的电子海图文件载入M_MAP地图工具箱中，对所设计的路径规划方法进行实验测试，实验运行结果验证了所设计方法的有效性和实用性。
【关键词】：水面无人艇 势场法 动态栅格法 边界检测法 路径规划
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U675.7;U674.77
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 选题的研究背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外水面无人艇研究现状和发展趋势10-15
• 1.2.1 国外研究现状和发展趋势10-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 水面无人艇路径规划技术15-17
• 1.4 论文研究内容和组织结构17-18
• 1.4.1 研究内容17
• 1.4.2 论文组织结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 路径规划方法研究19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 路径规划问题分析19-20
• 2.3 全局路径规划方法20-27
• 2.3.1 栅格法20-21
• 2.3.2 可视图法21
• 2.3.3 链接图法21-23
• 2.3.4 拓扑法23
• 2.3.5 遗传算法23-24
• 2.3.6 粒子群优化算法24-26
• 2.3.7 Dijkstra 算法26-27
• 2.3.8 A*算法27
• 2.4 局部路径规划方法27-28
• 2.4.1 人工势场法27-28
• 2.4.2 蚁群算法28
• 2.4.3 模糊逻辑算法28
• 2.5 路径规划方法的发展趋势28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于势场动态栅格法的无人艇全局路径规划研究30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 传统人工势场法存在的问题分析30-31
• 3.3 改进的人工势场法31-34
• 3.4 无人艇全局路径规划的算法设计34-41
• 3.4.1 环境模型的建立34-36
• 3.4.2 改进势场法规划初始路径36-38
• 3.4.3 栅格动态化38-39
• 3.4.4 路径优化处理39-40
• 3.4.5 势场动态栅格法算法总结40-41
• 3.5 基于 MATLAB 的仿真实验41-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 基于势场边界检测法的无人艇局部路径规划研究46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 无人艇局部路径规划的研究概述46-48
• 4.3 无人艇局部路径规划的算法设计48-52
• 4.3.1 环境模型的建立48
• 4.3.2 算法描述48
• 4.3.3 边界检测法48-49
• 4.3.4 势场边界检测法算法总结49-50
• 4.3.5 对动态障碍物的避碰策略50-52
• 4.4 基于 MATLAB 的仿真实验52-58
• 4.4.1 与改进势场法的对比实验52-53
• 4.4.2 存在动态障碍物的避碰实验53-54
• 4.4.3 障碍区域动态变化复杂环境下的测试实验54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 基于电子海图的无人艇路径规划应用研究59-75
• 5.1 引言59
• 5.2 电子海图简介59-60
• 5.3 MATLAB 地图工具箱60-68
• 5.3.1 地图工具箱简介60
• 5.3.2 地图投影60-62
• 5.3.3 创建底图62-64
• 5.3.4 在底图上显示数据64-66
• 5.3.5 M_MAP 地图工具箱66-67
• 5.3.6 导入高分辨率海图数据67-68
• 5.4 基于电子海图的测试实验68-74
• 5.5 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录80-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文86-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：843324