隨著全球能源消耗的增加,以及陸上資源的日漸枯竭,海洋資源的開發(fā)利用逐漸受到人們的重視。無人艇的研究恰好迎合了這方面的需求,一方面無人艇作為一種海上智能平臺被廣泛應用于海洋資源開發(fā);另一方面無人艇也加入到了各國海上安全防衛(wèi)的工作中。路徑規(guī)劃技術是實現(xiàn)無人艇智能化的重要一環(huán),本文旨在研究以能耗最優(yōu)為約束的無人艇路徑規(guī)劃技術,其中包含了如下研究內(nèi)容:1.為分析無人艇在海上作業(yè)時的能耗大小,首先建立無人艇運動的數(shù)學模型,其中包含了無人艇的運動學以及動力學模型,此外還需建立海洋環(huán)境的數(shù)學模型,以及動力裝置噴水推進器的數(shù)學模型。綜合上述模型對無人艇的能耗進行分析計算。2.首先對S57標準的電子海圖信息進行提取并轉(zhuǎn)換成路徑規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)格式,通過可視圖法建立環(huán)境地圖模型。然后分析無人艇在風浪等環(huán)境力作用下的能耗計算方法。而后改進傳統(tǒng)蟻群算法易陷入局部最優(yōu)解的缺陷,重新設計局部啟發(fā)函數(shù)。在此基礎上加入風和浪等干擾,并以能耗最優(yōu)為目標改進信息素函數(shù),進行以能耗最優(yōu)為目標的全局路規(guī)劃,同時與路徑最短的全局規(guī)劃進行對比。3.采用一種改進的人工勢場法進行局部路徑規(guī)劃,對動態(tài)的障礙物進行規(guī)避。首先針對人工勢場法中存在的局部極小值問題,提出一種旋轉(zhuǎn)磁場的方法對引力函數(shù)進行改進。而后改進斥力函數(shù),解決目標不可達問題。在得到改進的人工勢場法后,將其與矢量的環(huán)境場相結合,最終形成時變海況下的能耗節(jié)省的規(guī)劃技術。4.設計一種雙層的路徑規(guī)劃方法。全局層采用基于能耗最優(yōu)的蟻群算法進行規(guī)劃,局部層采用人工勢場法并結合時變海況,最終實現(xiàn)了全局規(guī)劃與局部規(guī)劃的協(xié)調(diào)切換,形成一套完整的以能耗最優(yōu)為目標的路徑規(guī)劃方法。本課題研究以能耗最優(yōu)為約束的無人艇路徑規(guī)劃技術,其中包含了對噴水推進無人艇能耗的分析計算,并以能耗最優(yōu)為目標設計蟻群算法進行全局路徑的規(guī)劃,將改進人工勢場法結合時變海況進行局部路徑的規(guī)劃,最后設計一種雙層路徑規(guī)劃的方法,將全局規(guī)劃與局部規(guī)劃協(xié)調(diào)切換,最終實現(xiàn)以能耗最優(yōu)為目標的路徑規(guī)劃。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U664.82
【部分圖文】：

(c) “Ow1 MK Ⅱ”號 USV (d) “UHSV”號 USV圖 1.1 美國的典型 USV以色列的無人艇技術也處于世界一流水平，在各項技術指標中表現(xiàn)出色[17]。例如，2003 年研制的首批“保護者”號(Protector)USV(如圖 1.2a 所示)，不但具有與“斯巴達”號具有相似的性能指標，同時新增了隱身的功能。2006 年，以色列研制成功了“銀色馬林魚”(Silver marlin)號 USV(如圖 1.2b 所示)，該艇續(xù)航能力出色最遠可達 500 海里。(a) “Protector”號 USV (b) “Silver marlin”號 USV

(a) “Spartan”號 USV (b) “SSC San Diego”號 USV(c) “Ow1 MK Ⅱ”號 USV (d) “UHSV”號 USV圖 1.1 美國的典型 USV以色列的無人艇技術也處于世界一流水平，在各項技術指標中表現(xiàn)出色[17]。例如，2003 年研制的首批“保護者”號(Protector)USV(如圖 1.2a 所示)，不但具有與“斯巴達”號具有相似的性能指標，同時新增了隱身的功能。2006 年，以色列研制成功了“銀色馬林魚”(Silver marlin)號 USV(如圖 1.2b 所示)，該艇續(xù)航能力出色最遠可達 500 海里。

國內(nèi)典型USV
【參考文獻】

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本文編號：2848055