一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，涉及无人无缆潜水器避障技术领域，该方法结合无人无缆潜水器在执行水域封锁、水下地图绘制等军事使命任务，或海洋水产养殖管理、海底矿物勘探等民用使命任务，需要定深巡检搜索航行的工程背景，给出了面对巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法；本发明专利技术对巡检任务场景、多任务、多约束条件下水平面避障原理及策略进行分析，重点设计动作规划端，并基于深度神经网络算法设计子任务自主决策方法，实现基础子任务的自主决策，对PID算法进行改进，设计基础动作规划器，输出动作策略，利用得到的动作策略引导巡检AUV无碰撞且兼顾巡检任务的行驶，直至完成巡检搜索任务。巡检搜索任务。巡检搜索任务。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法


[0001]本专利技术涉及无人无缆潜水器避障
，具体涉及一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法。

技术介绍

[0002]本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
[0003]近年来，伴随着无人无缆潜水器（autonomou underwater vehicle，AUV），在海洋开发、海洋军事应用的巨大潜力价值，已逐渐发展成为深入实施国家海洋资源综合探测、国家海军技术装备、展现国家海洋高科技综合实力的关键技术装备；巡检型AUV是目前无人无缆潜水器（autonomou underwater vehicle，AUV）研究中备受关注的一种类型，其搭载特定的传感器后，在军用
可执行水域封锁、水下地图绘制等使命任务，在民用
可从事于海洋水质监测、海洋水产养殖管理、海底矿物勘探等；本专利技术主要用于解决巡检型AUV在复杂未知水下环境执行巡检任务过程中遭遇的实时避障问题。
[0004]巡检AUV在未知水域执行定水深巡检搜索任务时，需要从起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，包括：步骤1：通过巡检AUV搭载的传感器，实时获取巡检AUV状态数据信息和周边环境数据信息，并建立巡检AUV状态模型和环境状态模型；步骤2：将巡检AUV的巡检任务进行任务分解和行为规划，得到子任务集，并将每个子任务建立为一个马尔可夫决策模型；步骤3：结合子任务评价函数，以实时周边环境数据信息为输入，通过基于DQN算法的子任务自主决策算法，得到当前子任务决策策略；步骤4：建立行为动作模型和动态避障模型，依据当前子任务决策策略，结合巡检AUV状态模型和环境状态模型，根据基于改进PID算法的AUV动作规划器，进行实时动作规划，输出动作策略；步骤5：将动作策略传输给巡检AUV的底层动作执行端，生成新的目标动作指令，引导巡检AUV避开巡检水域中的静态和动态障碍物，并巡线行驶，直至到达巡检终点，完成巡检任务。2.根据权利要求1所述的一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，所述步骤1中巡检AUV状态模型包括：巡检AUV运动状态模型和巡检AUV任务状态模型；其中，巡检AUV运动状态模型，包括：其中：x为巡检AUV在大地坐标系下的X轴向分量的位移；y为巡检AUV在大地坐标系下的Y轴向分量的位移；为巡检AUV的偏航角；u为巡检AUV在随体坐标系下的水平速度矢量的X轴向分量；v为巡检AUV在随体坐标系下的水平速度矢量的Y轴向分量；r为巡检AUV的偏航角速度；为巡检AUV的横倾角；其中，建立巡检AUV任务状态模型，包括：依据巡检路线信息、起点和终点信息，将巡检全局参考路径，离散为有限的有序的虚拟子目标区域；其中：goal0为巡线任务起点，goal
n
为巡线任务终点；当巡检AUV到达第i个虚拟子目标区域goal
i
时，之前的虚拟子目标区域会随之更新消亡，剩余存活虚拟子目标区域为。3.根据权利要求2所述的一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，所述步骤1中建立环境状态模型，包括：
根据巡检AUV上搭载的避障声呐传感器，获取障碍物相对于巡检AUV水平面的分布方位和距离状态信息；将水平面不同分布方位的距离状态信息进行合并，根据分布方位、距离状态信息在0和1中取值，从而完成环境状态模型的建立。4.根据权利要求3所述的一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，所述步骤2，包括：将巡检AUV在执行固定水深巡检搜索任务，视为一个从高层任务到底层动作决策的过程，由巡检AUV使命任务出发，从高到低顺序逐层规划，进行行为分解，整个巡检AUV巡检搜索任务执行过程视为依据时间序列的子任务决策与动作行为选择；依据巡检AUV巡检搜索任务的分层模型，设定总任务M，并将总任务M分解为一系列子任务：其中：M
t
为当前t时刻的子任务；M
t+1
为t+1时刻的子任务；M
T
为到达巡检终点时刻T的子任务；所述一系列子任务包括：巡线子任务、避障子任务和终点目标子任务；定义为，其中：m1为巡线子任务；m2为避障子任务，m3为终点目标子任务；每个子任务视为一个马尔可夫决策模型，其中：S
i
为状态空间，A
i
为动作空间，R
i
为伪报酬函数，为状态转移函数。5.根据权利要求4所述的一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，所述步骤3，包括：对于巡检AUV巡检搜索任务中，任务的优先级为：避障子任务为最高级，巡线子任务优先级大于终点目标子任务，即：；所述子任务评价函数为：。6.根据权利要求5所述的一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，其特征在于，所述步骤3的详细步骤为：步骤31：将时刻t的周边环境数据信息作为输入，所述周边环境数据信息包括：巡检AUV位置、环境状态模型、子目标区域位置和巡检的终点位置；步骤32：从一系列子任务中，随机抽取，预选子任务为；步骤33：通过DQN算法计算当前预选子任务的Q值，结合预选子任务的Q值根据
规则推算下一个子任务M
t+1
；步骤34：将子任务M
t+1
进行模拟决策，判断是否符合终止任务条件；所述终止任务条件包括：到达巡检任务终点和子任务选择正确；步骤35：将以四元组的形式存储在记忆库，输出决策时刻t的决策子任务为M
t
，时间更新，进入下一个决策时刻t+1。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗孝坤，张柯，李禧强，雷凯涛，喻波，杨显彬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：