【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于避碰规划，具体涉及一种基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法。
技术介绍
1、usv作为海上的智能化工具，usv避碰规划既是自动化的重要标识，也是自主航行的核心，所以usv完成任务的前提是其能够智能化避碰。传统避碰规划方法包括蚁群、粒子群、遗传优化算法，人工势场法，深度学习方法等等。其中蚁群算法由于具有较好的路径规划特点被广泛应用在usv避碰规划中，但是传统的对未知障碍模型进行构建的方法存在障碍物不能被有效识别的缺陷，容易对usv的安全航行造成影响；同时传统蚁群算法存在收敛慢，容易使规划陷入局部最优的问题。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，以解决传统的对未知障碍模型进行构建的方法存在障碍物不能被有效识别的缺陷，容易对usv的安全航行造成影响；同时传统蚁群算法存在收敛慢，容易使规划陷入局部最优的问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，该方法包括如下步骤：
5、s1、构建全局坐标系、船体坐标系和导航器坐标系：
6、针对水面无人艇usv航行的海图环境建立全局坐标系，以usv为原点，usv的航行方向为x轴建立直角坐标系作为船体坐标系，以导航器为极点，usv的航行方向为极轴建立极坐标系作为导航器坐标系；
7、s2、
8、建立随usv同航行的优化窗口，所述优化窗口的大小设置为导航器的探测距离，每隔设定时间对所述优化窗口进行一次更新，同时对usv进行一次动态规划；
9、s3、采用改进切线视图法构建障碍模型：
10、利用导航器探取障碍的位置，并通过坐标变换将其转化为usv所需的位置信息，从而完成对静态未知环境的探测，进而能采用改进切线视图法对障碍进行建模；
11、改进切线视图法包括切线视图法的膨胀方法和切线视图法的构建方法；所述膨胀方法采用切线视图法，基于usv与障碍的安全航行距离为ds，将未知环境障碍膨化；构建方法采用相对位置检测判断法判断可视性；
12、s4、采用改进蚁群算法进行避碰；
13、其中，蚂蚁对于下一路径的选取采用基于双矢量角的状态转移规则。
14、(三)有益效果
15、本专利技术提出一种基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，本专利技术的有益效果：
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过采用改进切线视图构建障碍模型，用最少数据来描述局部未知环境障碍信息，提高障碍建模的识别效率和准确性；基于usv与障碍的安全航行距离为ds，将障碍有效膨化，既实现usv有效避碰，又防止障碍过度膨化影响usv的正常航行；通过设计基于双矢量角的状态转移规则克服传统蚁群算法收敛慢的问题，避免规划陷入局部最优。
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1.一种基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S1具体包括：
3.如权利要求2所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S2中，避碰规划时仅对当前滚动窗口中的障碍物进行建模，随着环境窗口的更新，对USV不断地进行动态避碰规划。
4.如权利要求2所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S3中，利用导航器探取障碍的位置具体包括：导航雷达通过发射电磁波并且接收障碍物反射回来的波对周围环境进行探测，即电磁波与障碍物的表面交汇处为反射点或障碍点，根据反射点到导航雷达的距离和角度，可知障碍顶点相对于导航雷达的位置信息，并将该位置信息通过坐标变换转化为相对于USV质心的位置信息，从而完成对USV优化窗口中的局部静态未知环境的探测。
5.如权利要求4所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S3中，通过坐标变换将其转化为USV
6.如权利要求4所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S3中，若已知障碍在全局坐标系XGOGYG下的坐标为(x,y)，按照下式将其转换为导航器坐标系XRORYR下坐标(d,θ)：
7.如权利要求4所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S3中，切线视图法的膨胀方法包括：改进切线视图法的障碍有效顶点构造和改进切线图法的障碍膨化方法；
8.如权利要求7所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S3中，切线视图法的构建方法包括：
9.如权利要求8所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述S4具体包括：
10.如权利要求9所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的USV避碰规划方法，其特征在于，所述基于双矢量角的状态转移规则为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，其特征在于，所述s1具体包括：
3.如权利要求2所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，其特征在于，所述s2中，避碰规划时仅对当前滚动窗口中的障碍物进行建模，随着环境窗口的更新，对usv不断地进行动态避碰规划。
4.如权利要求2所述的基于改进切线视图法和蚁群算法的usv避碰规划方法，其特征在于，所述s3中，利用导航器探取障碍的位置具体包括：导航雷达通过发射电磁波并且接收障碍物反射回来的波对周围环境进行探测，即电磁波与障碍物的表面交汇处为反射点或障碍点，根据反射点到导航雷达的距离和角度，可知障碍顶点相对于导航雷达的位置信息，并将该位置信息通过坐标变换转化为相对于usv质心的位置信息，从而完成对usv优化窗口中的局部静态未知环境的探测。
5.如权利要求4所述的基于改进切线视图法和蚁...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭峰，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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