AUV时空多约束路径规划研究
发布时间：2021-04-28 01:41
随着科学技术的进步,智慧生活、智能交通已经成为社会的主流趋势,水下自主航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）作为智能机器人的一种,在海洋资源探测开发,海上军事情报收集、监控等领域都有着巨大的应用潜力。AUV的路径规划研究是AUV研究的重要组成部分,对AUV的航行安全及工作效率提高起着重要的作用,因此AUV的路规划研究就显得尤为重要。为提高时空环境中AUV航行的安全,最终实现时空环境中AUV的智能航行,建立了AUV三维环境模型和时空环境模型及路径规划代价模型;运用基于空间分层思想的路径规划方法开展AUV路径规划研究,分别规划出AUV在三维环境和时空环境中的最优路径;构建了路径优化多约束函数模型,设计了双向逐步搜索路径直线优化算法,实现了规划路径的直线化处理;所提出的路径规划方法不仅能够解决AUV在三维环境中的路径规划问题,还能够适用于AUV在时空环境中的路径规划问题,为AUV的智能航行提供理论基础。为了建立AUV三维航行环境模型,文章分析识别了海洋环境中会对AUV的航行安全产生重要影响的因子,并依据建立的环境模型,构建了路径规划的目标函数,将AUV在...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 路径规划算法方面的研究
1.2.2 路径规划研究现状
1.2.3 船舶路径规划研究
1.2.4 无人机路径规划研究
1.2.5 AUV路径规划研究
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 AUV路径规划代价函数建模
2.1 海洋环境影响因素分析
2.1.1 海底地形
2.1.2 洋流
2.1.3 海洋深度
2.1.4 海底乱流
2.1.5 静态障碍物
2.2 AUV三维航行环境建模
2.2.1 AUV代表艇型选取
2.2.2 三维环境建模
2.2.3 模型局限性分析
2.2.4 模型优化
2.3 AUV路径规划代价函数建模
2.3.1 AUV路径规划指标选取
2.3.2 路径长度代价模型
2.3.3 危险度代价模型
2.3.4 路径规划总代价函数模型
2.4 本章小结
第3章 AUV三维环境路径规划
3.1 模型求解算法介绍
3.1.1 人工势场算法
3.1.2 A*算法
3.1.3 PSO算法
3.1.4 蚁群算法
3.1.5 混合路径算法
3.1.6 空间分层路径规划方法
3.2 基于空间分层的AUV路径规划
3.2.1 路径规划方法的实现
3.2.2 路径点的选取
3.2.3 参数设定
3.2.4 仿真实验
3.3 本章小结
第4章 AUV时空环境路径规划
4.1 AUV时空环境模型
4.2 动态障碍物检测及避碰策略
4.2.1 时空环境TCPA与DCPA计算
4.2.2 AUV碰撞检测
4.2.3 AUV避碰策略分析
4.3 AUV时空环境路径规划
4.3.1 单物标路径轨迹交叉无碰撞时空环境路径规划
4.3.2 单物标有碰撞时空环境路径规划
4.3.3 多物标有碰撞时空环境路径规划
4.3.4 多物标连续避碰时空环境路径规划
4.4 本章小结
第5章 AUV规划路径多约束优化研究
5.1 路径优化约束条件分析
5.1.1 可航水域范围分析
5.1.2 相邻转向点距离分析
5.1.3 转向角分析
5.1.4 转向点数量分析
5.1.5 路径优化多约束函数建模
5.2 路径优化方法
5.2.1 最小二乘法直线拟合
5.2.2 直接直线化处理
5.2.3 双向逐步搜索直线化优化方法
5.3 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间取得的软件著作权
攻读硕士学位期间科研获奖
本文编号：3164553
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 路径规划算法方面的研究
1.2.2 路径规划研究现状
1.2.3 船舶路径规划研究
1.2.4 无人机路径规划研究
1.2.5 AUV路径规划研究
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 AUV路径规划代价函数建模
2.1 海洋环境影响因素分析
2.1.1 海底地形
2.1.2 洋流
2.1.3 海洋深度
2.1.4 海底乱流
2.1.5 静态障碍物
2.2 AUV三维航行环境建模
2.2.1 AUV代表艇型选取
2.2.2 三维环境建模
2.2.3 模型局限性分析
2.2.4 模型优化
2.3 AUV路径规划代价函数建模
2.3.1 AUV路径规划指标选取
2.3.2 路径长度代价模型
2.3.3 危险度代价模型
2.3.4 路径规划总代价函数模型
2.4 本章小结
第3章 AUV三维环境路径规划
3.1 模型求解算法介绍
3.1.1 人工势场算法
3.1.2 A*算法
3.1.3 PSO算法
3.1.4 蚁群算法
3.1.5 混合路径算法
3.1.6 空间分层路径规划方法
3.2 基于空间分层的AUV路径规划
3.2.1 路径规划方法的实现
3.2.2 路径点的选取
3.2.3 参数设定
3.2.4 仿真实验
3.3 本章小结
第4章 AUV时空环境路径规划
4.1 AUV时空环境模型
4.2 动态障碍物检测及避碰策略
4.2.1 时空环境TCPA与DCPA计算
4.2.2 AUV碰撞检测
4.2.3 AUV避碰策略分析
4.3 AUV时空环境路径规划
4.3.1 单物标路径轨迹交叉无碰撞时空环境路径规划
4.3.2 单物标有碰撞时空环境路径规划
4.3.3 多物标有碰撞时空环境路径规划
4.3.4 多物标连续避碰时空环境路径规划
4.4 本章小结
第5章 AUV规划路径多约束优化研究
5.1 路径优化约束条件分析
5.1.1 可航水域范围分析
5.1.2 相邻转向点距离分析
5.1.3 转向角分析
5.1.4 转向点数量分析
5.1.5 路径优化多约束函数建模
5.2 路径优化方法
5.2.1 最小二乘法直线拟合
5.2.2 直接直线化处理
5.2.3 双向逐步搜索直线化优化方法
5.3 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间取得的软件著作权
攻读硕士学位期间科研获奖
本文编号：3164553
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3164553.html
