【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障方法,本专利技术所涉及到的无人艇避障方法不仅适用于静态避障,尤其适用并主要运用于动态环境下的避障。
技术介绍
在海洋强国战略中,海图是军事和民用海洋安全航行不可或缺的基本保障,但是我国海图序列不完整,原因是目前海测船的吃水深,无法靠近岛礁岸线等复杂海域进行海图测绘;另外,海洋环境监测船也由于吃水深的问题,很难到海岸线、海岛、油气平台附近进行环境监测。而无人艇具有吃水浅、自主航行、自主避障、任务载荷配置灵活的特点,是解决近海岛礁海域海图序列不完整问题、复杂海域环境监测问题的有效科技手段,同时也是提升我国海洋军事装备能力,维护我国海洋权益、处理南海等热点海域局势的重要海洋装备。随着世界各国对水面无人艇的应用研究越来越广泛,对水面无人艇智能化水平的要求也在不断提高,要求水面无人艇在运动过程中具有与周围环境交互的能力,即要求水面无人艇具有从周围环境中收集有用信息,构造符号化的环境模型,并利用模型来规划并执行上层任务的能力,其中路径规划问题就是核心问题之一。水面无人艇的路径规划是指在静动态障碍物并存的海洋环境中,寻找一条从给定起点到终点的满足一定评价标准的运动路径,使水面无人艇在航行过程中能安全可靠地避开所有障碍物。路径规划的分类方法很多,按层次关系可分为全局路径规划和局部路径规划;按照对环境的了解程度,分为环境已知,环境部分已知,环境未知三种规划;同时还有基于 ...
【技术保护点】
一种基于椭圆聚类‑碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法,其特征在于操作步骤如下:第1步在软件中对动态船只障碍物按照其尺寸形态进行聚类成动态椭圆障碍物,并且采集其运动状态;第2步规划系统初始参数,包括目标距离、目标之间的方位角、质点速度‑‑无人艇速度、椭圆速度‑‑动态障碍物速度、椭圆长轴、椭圆短轴、质点速度方向‑‑无人艇速度方向、椭圆速度方向‑‑动态障碍物速度方向;第3步根据椭圆的相关参数确定椭圆的两个焦点位置‑‑焦点C1和焦点C2,并且计算两个焦点与无人艇质点之间的方位角;第4步根据椭圆两个焦点与无人艇质点之间的位置关系分别计算出两个焦点与无人艇质点之间的相对距离;第5步根据椭圆和无人艇质点的运动状态以及位置关系分别计算出无人艇质点与椭圆中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变化速度和相对方位角的变化速度;第6步通过以上得出的无人艇质点和椭圆动态障碍物之间的相对参数,利用推演的点和椭圆之间的碰撞锥计算方法对两者进行碰撞检测,并计算出碰撞锥区间;第7步通过第6步计算的碰撞结果,依据所得出的碰撞锥区间,无人艇采取相应的措施;第8步按照动态障碍物的运动状态重复第2步到第7步;当无人艇所搭载 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法,其特征在于操作
步骤如下:
第1步在软件中对动态船只障碍物按照其尺寸形态进行聚类成动态椭圆障碍物,并且
采集其运动状态;
第2步规划系统初始参数,包括目标距离、目标之间的方位角、质点速度--无人艇速度、
椭圆速度--动态障碍物速度、椭圆长轴、椭圆短轴、质点速度方向--无人艇速度方向、椭圆
速度方向--动态障碍物速度方向;
第3步根据椭圆的相关参数确定椭圆的两个焦点位置--焦点C1和焦点C2,并且计算两
个焦点与无人艇质点之间的方位角;
第4步根据椭圆两个焦点与无人艇质点之间的位置关系分别计算出两个焦点与无人艇
质点之间的相对距离;
第5步根据椭圆和无人艇质点的运动状态以及位置关系分别计算出无人艇质点与椭圆
中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变化速度和相对方位角的变化速度;
第6步通过以上得出的无人艇质点和椭圆动态障碍物之间的相对参数,利用推演的点
和椭圆之间的碰撞锥计算方法对两者进行碰撞检测,并计算出碰撞锥区间;
第7步通过第6步计算的碰撞结果,依据所得出的碰撞锥区间,无人艇采取相应的措施;
第8步按照动态障碍物的运动状态重复第2步到第7步;当无人艇所搭载的传感器检测
到动态船只障碍物的运动状态发生改变,则应当重新进行碰撞计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制
方法,其特征在于,在第3步中,椭圆的两个焦点与无人艇质点之间的位置关系为:
焦点C1的相对坐标位置为(r·cosα-c·cosβ,r·sinα-c·sinβ),焦点C2的相对坐标
位置为:(r·cosα-c·cosβ,r·sinα-c·sinβ),
其中r为无人艇质点与动态船只障碍物中心的距离、α为无人艇质点的运动方向、
β为动态障碍物的运动方向。
3.根据权利要求1所述的一种基于碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法,其特
征在于,在第4步中两个焦点与无人艇质点之间的相对距离为:
r 01 = ( r c o s θ - c c o s β ) 2 + ( r sin θ - c s i n β ) 2 ]]> r 02 = ( r c o s θ + c c o s β ) 2 + ( r sin θ + c sin β ) 2 ]]>其中r01为焦点1与无人艇质点的距离、r02为焦点2与无人艇质点的距离、θ为动态船只障
碍物中心点相对于无人艇质点的方位角。
4.根据权利要求1所述的一种基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制
方法,其特征在于,在第5步中无人艇质点与椭圆中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变
化速度和相对方位角的变化速度为:
V r 0 = r · = V b c o s ( β - θ ) - V a c ...
【专利技术属性】
技术研发人员:蒲华燕,丁峰,瞿栋,罗均,谢少荣,彭艳,李小毛,吴翔,程启兴,刘崇锋,胡辛明,
申请(专利权)人:上海大学,
类型:发明
国别省市:上海;31
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