一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，与现有的轨迹规划方法不同，本发明专利技术采用整体思维简化了对遭遇情况的分析，即基于一致偏置速度方向(COVD)方法，将从USV各个方向接近的船舶视为一个或两个等效障碍，然后利用所提出的符合COLREGS的避碰策略和运动学约束，设计出规划速度。设计出规划速度。设计出规划速度。

【技术实现步骤摘要】
一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法


[0001]本专利技术涉及一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]速度障碍(VO)：该方法将障碍物映射到速度空间中，形成锥形障碍区域。只要USV与障碍物的相对速度矢量在VO之外，就可以保证USV与障碍物不会发生碰撞。为了方便计算VO，我们将USV简化为一个点，并将障碍物膨胀处理。
[0003]从开始往方向的射线表示为：
[0004]闵可夫斯基和：
[0005]镜射：
[0006]如图1所示，给定在位置矢量处形状为A的USV以速度移动。给定在位置矢量处形状为B的障碍物以速度移动。USV边界与障碍物边界的安全距离为d
s
。D是一个半径为d
s
的圆且则障碍物的危险区域为进一步地，障碍物相对于USV的危险区域为所以，在USV相对于障碍物的相对的速度空间中，由障碍物形成的VO可表示为
[0007]目前大多数轨迹规划算法在设计时只考虑静态障碍或单个动态障碍，甚至有的不考虑COLREGS。这在一定程度上限制了它们在海上的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设计期望速度；2)碰撞风险评估；3)更新USV的状态；4)通过COVD方法确定偏置速度方向；5)通过等效障碍方法将所有已激活障碍物简化为一个或两个等效障碍；6)采用符合COLREGS的避碰策略；7)设计避碰速度；8)设计规划速度和下一时刻的轨迹点。2.根据权利要求1所述的一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：根据USV的目标位置和当前运动信息，采用不变方位制导设计USV的期望速度望速度其中表示USV的目标位置，U
d
表示驶向目标位置时的期望接近速度，其中U
dmax
表示驶向目标位置时的最大接近速度，k
p
＞0影响USV即将到达目标位置时的减速行为。3.根据权利要求1所述的一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：1)对USV实时检测到的各个障碍物，同时进行碰撞风险评估，该碰撞风险评估算法在速度空间中执行，并使用速度障碍，根据传感器数据将USV实时检测到的障碍物分类为:已激活障碍物和非激活障碍物，与USV有碰撞风险的障碍物被标记为激活，其他障碍物被标记为非激活；USV相对于障碍物的期望相对速度和实际相对速度表示为:当时，意味着以期望速度行驶的USV迟早会与已膨胀障碍物发生碰撞；当时，意味着以当前速度行驶的USV在短期内可能会与障碍物发生碰撞，此时需要计算避碰反应时间t
a
，其中表示USV从当前位置沿到已膨胀障碍物边界的位置矢量，并通过阈值t
r
来判断短期内USV与该障碍物是否存在碰撞风险，当满足如下条件时，该障碍物被标记为激活状态，或4.根据权利要求1所述的一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤3)中根据所有已激活的障碍物信息更新USV的状态，只要存在已激活的障碍物，USV就处于避碰状态并进入避碰程序执行所述步骤4)到步骤8)，否则处于非避碰状态并执行所
述步骤8)。5.根据权利要求1所述的一种多船遭遇情况下无人艇的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤4)具体为:假设已激活的障碍物数量为n,且n为非负实数，O
i
代表编号为i的已激活障碍物,其中i≠0且i＝1，2，...，n，表示USV相对于O
i
的期望相对速度，l
OD
表示与偏置速度矢量平行的直线，当以移动的USV被视为参照时，已激活障碍物O
i
以从USV周围的各个方向接近，当USV以移动时，会分别以不同速度同时接近每个已激活障碍物，USV需要找到一个合适的偏置速度方向，使USV有足够的安全机动空间能同时避开所有已激活障碍物，即l
OD
和之间的最小夹角应尽可能大，θ＝{θ1，θ2，...，θ
2n
}表示集合中相邻向量之间夹角的集合，直线l
i
平分θ
i
，为了选择合适的l
OD
，设计成本函数J
OD
(l
i
)＝θ
i
+wβ
i
，其中w是权重，β...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少荣，刘坚坚，张丹，王曰英，彭艳，张翔宇，周熙，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：