The invention belongs to the technical field of USV control, and specifically relates to a multi-USV group cooperative collision avoidance planning method considering no communication. This paper chooses radar sensor parameters to construct radar detection model, calculates multi-USV motion parameters and collision risk in the absence of communication, uses radar module to detect static obstacle position and dynamic USV position, speed, heading information in the detection range of radar to construct genetic algorithm evaluation function in the absence of communication, and uses radar module to detect in the absence of communication. The function of static obstacle position and dynamic USV position, speed and heading information in radar detection range assists collision avoidance planning, so that multiple USVs avoid all static obstacles in the environment, and USVs do not collide, turn from a large angle, accelerate or decelerate in a large range during the course of navigation from the starting point to the end point, and the navigation path meets the requirements of economy. The invention endeavors to find a method of making full use of the detection function of radar module to assist collision avoidance in the absence of communication.
【技术实现步骤摘要】
一种考虑无通信的多USV群体协同避碰规划方法
本专利技术属于USV控制
,具体涉及一种考虑无通信的多USV群体协同避碰规划方法。
技术介绍
自上世纪80年代以来,各个国家发现了水面无人艇USV的重大潜力且逐渐重视对USV的研究,投入大量的人力和资金并取得了重大的科研成果,大大推动了USV的各项技术的发展。随着单一USV技术逐渐走向成熟且为了有效弥补单一USV难以完成的任务领域,各国开始研究多USV群体协同航行作业。而避碰规划作为USV在复杂多变的海洋环境中安全稳定的航行和准确高效的完成各项任务的重要前提,始终是其研究的核心内容之一。在多USV避碰规划的研究与实际避碰过程中,USV之间普遍会进行通信,然而同样会有通信模块失效的情况出现,此时则完全依靠雷达感知周围环境。目前,国内外能稳定实现多USV群体协同避碰规划的方法较少,并且大部分忽略了或者没有考虑通信情况。其中考虑了无通信情况的具有代表性如文献[1],设计了基于进化遗传算法的无人艇避碰决策系统,在无通信情况下利用雷达传感器模块感知周围的静态障碍物和动态目标,划分会遇局势并计算碰撞可能性来建立优化迭代过程得出避碰路径。文献[2]提出了一种主从结构的并行多水下机器人AUV协同避碰规划方法,在无通信条件下利用声呐传感器感知周围环境信息并采用工作空间环境法建立环境模型,算法子层结构和主层结构分别应用粒子群并行算法和微分进化算法实时考虑到障碍物和其他水下机器人的距离来生成当前的最优路径。现有技术的缺陷:现有的多USV群体协同避碰规划方法在无通信情况下并没有充分利用传感器模块探测周围环境来辅助避碰,传感器探测 ...
【技术保护点】
1.一种考虑无通信的多USV群体协同避碰规划方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤1:选取雷达传感器参数构建雷达探测模型,利用雷达模块探测静态障碍物位置和动态USV位置、速度、艏向信息,计算无通信情况下的多USV运动参数及碰撞危险度,判断是否需要采取避碰措施及采取的时间;步骤2:利用雷达模块探测进入雷达探测范围内的静态障碍物位置和动态USV位置、速度、艏向信息构建无通信情况下遗传方法评价函数;步骤3:添加雷达探测模块调试USV避碰规划。
【技术特征摘要】
1.一种考虑无通信的多USV群体协同避碰规划方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤1:选取雷达传感器参数构建雷达探测模型,利用雷达模块探测静态障碍物位置和动态USV位置、速度、艏向信息,计算无通信情况下的多USV运动参数及碰撞危险度,判断是否需要采取避碰措施及采取的时间;步骤2:利用雷达模块探测进入雷达探测范围内的静态障碍物位置和动态USV位置、速度、艏向信息构建无通信情况下遗传方法评价函数;步骤3:添加雷达探测模块调试USV避碰规划。2.根据权利要求1所述的一种考虑无通信的多USV群体协同避碰规划方法,其特征在于,步骤1所述的无通信情况下的多USV运动参数及碰撞危险度的计算包括:在无通信情况下,USV之间只能通过导航雷达测量静态障碍物位置和其他USV位置、速度、艏向参数,其中第i时刻雷达探测范围内探测出有障碍物的扫描点集合为:{(Xi1,Yi1),(Xi2,Yi2),…,(Xin,Yin)}其中,探测出的扫描点集合的坐标为大地环境坐标系下的坐标值;由障碍物的扫描点集合估算出障碍物的中心位置:其中,为第i时刻障碍物中心估计位置横坐标,为第i时刻障碍物中心估计位置纵坐标,Xij为第i时刻雷达扫描出的第j障碍物扫描点的横坐标,Yij为第i时刻雷达扫描出的第j障碍物扫描点的纵坐标;相邻时刻障碍物估算位置之间的距离:若则判定障碍物为静态障碍物;若则判定障碍物为动态障碍物,当障碍物为动态USV时,根据障碍物中心估算位置的变化和几个时刻的时间间隔估算出动态目标的运动速度和航向,动态目标的运动速度表示为下式:动态目标的航向表示为下式:其中,Δt为两个连续时刻的时间间隔;另一USV速度在横纵方向上的分量为:同理已知本USV的速度和艏向β计算出横方向上的分量和纵方向上的分量那么两USV的相对速度为:USV之间的相对速度大小:由估算的中心位置和此时本USV位置估算出USV之间的相对距离为:其中,(X0,Y0)为本USV的位置,USV之间的相对方位为:USV之间的最近会遇距离DCPA:其中,DCPA的符号由USV之间的相对位置决定,当另一USV位于本USV的船艏方向时,DCPA为正;当另一USV位于本USV的船尾方向时,DCPA为负;到达最近会遇地点的时间T...
【专利技术属性】
技术研发人员:王宏健,付忠健,肖瑶,付明玉,王其林,
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。