一种路径跟踪避障制导方法技术
Path following obstacle avoidance guidance method
The invention discloses a path tracking and obstacle avoidance guidance method, which comprises the following steps: (1) start guidance mode, time series signal path planning to obtain GVS state variables; (2) the execution path tracking guidance algorithm, to obtain DVS PSI
【技术实现步骤摘要】
一种路径跟踪避障制导方法
本专利技术涉及船舶控制工程与船舶自动化航行装备应用领域，尤其是涉及一种路径跟踪避障制导算法。
技术介绍
制导算法是解决船舶运动航迹保持问题的必不可少的技术，传统的基于航路点的船舶路径规划，要求船舶沿着设定航线自动航行，归结于路径跟踪的制导问题[1]。然而，海洋环境具有多变性，船舶在航行过程中经常会发生避障行为，尤其在穿越渔区和途径狭窄或繁忙水道时，这就要求船舶制导算法具有避障功能。避障算法，起源于机器人控制的研究，常用的方法有势场法，速度避障法和动态窗法，其中动态窗法将船舶前进速度和艏摇速度在采样周内可达到的范围以动态窗的形式进行描述，尤其适合解决高速无人船的多目标避障问题，下面对文献[2]提出的基于动态窗的避障算法进行技术特征的简要介绍。该算法在对设定航路点进行追踪的同时，对探测范围内的多个目标进行避障。要求已知船舶在采样周期ts内前进速度的动态窗口VT和艏向角θUSV的动态窗口VHead。按照式(8)的最大化原则选取最优艏向角FE(θ)＝ε·fhead(θ)+(1-ε)·fsafe(θ)(8)其中，θgoal是航路点对于实船的真方位角...
【技术保护点】
一种路径跟踪避障制导方法，其特征在于包括以下步骤：(1)执行路径规划并获取导引虚拟小船的时间序列信号；(2)根据动态虚拟小船和导引虚拟小船的位置信息，计算动态虚拟小船的路径跟踪艏向角ψ
【技术特征摘要】
1.一种路径跟踪避障制导方法，其特征在于包括以下步骤：(1)执行路径规划并获取导引虚拟小船的时间序列信号；(2)根据动态虚拟小船和导引虚拟小船的位置信息，计算动态虚拟小船的路径跟踪艏向角ψdp和路径跟踪前进速度udp；(3)实时监测动态虚拟小船到障碍物安全圆族边界的最小距离lmin，并根据实时监测的最小距离lmin确定动态虚拟小船的最终艏向角ψd；(4)计算动态虚拟小船的最终前进速度ud和转艏角速度rd；(5)判断动态虚拟小船与导引虚拟小船间的距离ldr与设定的阈值距离ldrset的大小，如果动态虚拟小船与导引虚拟小船的距离ldr大于等于阈值距离ldrset，则导引虚拟小船下一时间点的运动状态保持当前状态不变；如果动态虚拟小船与导引虚拟小船的距离ldr小于阈值距离ldrset，则导引虚拟小船下一时间点运动状态信息按照其时间序列的排序下移；(6)将制导信息输入到控制回路中并更新动态虚拟小船下一时间点的位置信息；(7)测量实船位置，判断是否到达目的地，如果“是”，结束船舶航行；如果“否”，时间更新t＝t+1并进入步骤(2)。2.根据权利要求1所述的路径跟踪避障制导方法，其特征在于：在步骤(2)中所述动态虚拟小船的路径跟踪艏向角ψdp采用公式(2)进行计算：其中，(xr，yr)，(xd，yd)分别为导引虚拟小船和动态虚拟小船的坐标；所述动态虚拟小船的路径跟踪前进速度udp采用公式(3)进行计算：udp＝klldr+urcos(ψdp-ψr)(3)其中ldr为动态虚拟小船与导引虚拟小船间的距离，kl为预设参数，其数值大小是根据动态虚拟小船在路径跟踪情况下对导引虚拟小船位置的收敛速率进行设置，其值越大，收敛越快，但考虑到执行器的限制，应当适当选取。3.根据权利要求1所述的路径跟踪避障制导方法，其特征在于：在步骤(3)中所述根据实时监测的动态虚拟小船到障碍物安全圆族边界的最小距离lmin确定动态虚拟小船的最终艏向角ψd包括：1)当动态虚拟小船到障碍物安全圆族边界的最小距离lmin小于等于船舶障碍物探测设备的激活圈半径Ractive时，执行避障算法以确定最终艏向角ψd：避障算法原理为：根据船舶上障碍物探测设备(如导航雷达，摄像设备等)的作用半径确定避障算法的探测圈半径Rtest和激活圈半径...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，张显库，邓英杰，田佰军，吴晓雪，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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