多個(gè)USV在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中進(jìn)行自主作業(yè)時(shí),無論是礁石、島嶼還是一些其他的動(dòng)態(tài)物體都會(huì)對(duì)多USV的行動(dòng)造成威脅,每個(gè)USV在航行過程中也要保持一定的安全距離,多USV的自主避碰能力是其順利、高效的完成各項(xiàng)使命任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對(duì)多USV的協(xié)同避碰規(guī)劃和自主學(xué)習(xí)方法進(jìn)行了以下內(nèi)容的討論:多USV的工作環(huán)境模型、基于改進(jìn)Boid模型和速度調(diào)節(jié)策略的多USV內(nèi)部避碰規(guī)劃方法、復(fù)雜環(huán)境下基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的多USV協(xié)同避碰規(guī)劃和基于深度學(xué)習(xí)算法的多USV自主避碰規(guī)劃學(xué)習(xí)。首先,基于已有導(dǎo)航雷達(dá)、光電傳感器和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS等傳感器的參數(shù)特性,模擬USV綜合探測周圍環(huán)境,并根據(jù)USV和其工作環(huán)境的特點(diǎn)構(gòu)建了相應(yīng)的障礙物模型、坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。其次,根據(jù)Boid模型中的三個(gè)規(guī)則構(gòu)建了多USV的Boid模型,并將Boid模型中的三個(gè)規(guī)則轉(zhuǎn)換為引力/斥力方法,針對(duì)Boid模型只是對(duì)USV作方向上調(diào)整的缺陷,在改進(jìn)了Boid模型的基礎(chǔ)上又引入了速度調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略,更好的實(shí)現(xiàn)了多USV內(nèi)部之間的協(xié)調(diào)避碰,對(duì)所提的協(xié)調(diào)避碰方法也進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。然后,設(shè)計(jì)了多USV在復(fù)雜環(huán)境... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Spartan無人艇[12]

2013 年美國發(fā)布了最新版的《無人系統(tǒng)路線圖》，詳細(xì)說明了在未來 5 年、10 年和25 年內(nèi) USV 所具備的能力及其發(fā)展重點(diǎn)，在第一階段，增強(qiáng) USV 的動(dòng)力系統(tǒng)、通信和感知能力將是發(fā)展 USV 技術(shù)的重點(diǎn)，高效自主系統(tǒng)、避碰規(guī)劃算法的研發(fā)將是下一階段研究的重點(diǎn)，全球執(zhí)行任務(wù)時(shí)實(shí)現(xiàn) USV 的完全自主化是最后階段的研究重點(diǎn)[13]。2014 年，美國海軍對(duì) USV 的技術(shù)研究取得了重大突破，無人水面艇在作戰(zhàn)中不僅能夠以“蜂群戰(zhàn)術(shù)”向敵方的艦艇發(fā)起自主攻擊，同時(shí)還具備保護(hù)本方艦艇的能力[14]ONR 在弗吉尼亞州尤斯蒂斯堡附近詹姆士河完成了第一次“機(jī)器人自主指揮與感知的控制體系結(jié)構(gòu)”（CARACAS）技術(shù)演示驗(yàn)證。如圖 1.2 所示，在這次演示驗(yàn)證中，共有13 艘無人水面艇，其任務(wù)是對(duì)一艘有價(jià)值的艦艇進(jìn)行護(hù)航，在實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)河道變窄時(shí)部分 USV 執(zhí)行偵查任務(wù)，其它剩余 USV 繼續(xù)執(zhí)行護(hù)航任務(wù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵船時(shí)，護(hù)航模式改變?yōu)楣裟Ｊ剑?3 艘 USV 通過信息交流，以集群方式對(duì)敵船進(jìn)行攔截和攻擊。2016 年 10 月，ONR 在切薩皮克灣對(duì) CARACAS 技術(shù)進(jìn)行了又一次演示驗(yàn)證[15]，如圖 1.2 所示，在這次演示驗(yàn)證中，4 艘無人水面艇組成的 USV 系統(tǒng)需執(zhí)行防護(hù)一片固定港口區(qū)域的任務(wù)。此次實(shí)驗(yàn)中，CARACAS 技術(shù)在蜂群意識(shí)、行為引擎和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)方面取得了重大突破。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文表 1.2 以色列無人水面艇研究成果USV 名稱 時(shí)間控制方式性能 使命任務(wù) 進(jìn)展保護(hù)者 2003遙控或自主航速達(dá) 40 節(jié)；排水量四噸；部隊(duì)保護(hù)、監(jiān)視、偵察已在本國和新加坡少量服役海星 2005 遙控航速達(dá) 40 節(jié)；續(xù)航 30 海里；監(jiān)視、偵察、反水雷已在本國服役銀色馬林魚自主或遙控最大航速 45 節(jié)；最大航程 500 海里；續(xù)航時(shí)間可達(dá)24 小時(shí)ISR 任務(wù)，兵力保護(hù)/反恐；搜索與救援206 年公布其用于海上巡邏KATANA 2014自動(dòng)或遙控保護(hù)經(jīng)濟(jì)區(qū)、港口安全2014 年最新推出海鷗 2016自主或遙控最高時(shí)速 32 節(jié)；在航速8 節(jié)的情況下可以工作四天反潛艇、反水雷和反蛙人等攻擊型無人艇2017 年接受了接近實(shí)戰(zhàn)的海上綜合測試

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]改進(jìn)的可視圖法在路徑規(guī)劃中的運(yùn)用[J]. 邵偉偉,駱正磊.  南陽師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2018(04)
[2]動(dòng)態(tài)修改路徑的多機(jī)器人路徑規(guī)劃[J]. 晁永生,孫文磊.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2018(10)
[3]未知環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃[J]. 張捍東,陳陽,吳玉秀.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2018(19)
[4]改進(jìn)粒子群算法在移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃中的應(yīng)用[J]. 魏勇,趙開新,王東署.  火力與指揮控制. 2018(02)
[5]基于改進(jìn)粒子群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃[J]. 王志中.  制造技術(shù)與機(jī)床. 2018(02)
[6]采用粒子群優(yōu)化和B樣條曲線的改進(jìn)可視圖路徑規(guī)劃算法[J]. 呂太之,周武,趙春霞.  華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(01)
[7]無人機(jī)集群自組織避障建模與控制策略研究[J]. 朱創(chuàng)創(chuàng),梁曉龍,孫強(qiáng),何呂龍,李野,王慶.  飛行力學(xué). 2018(01)
[8]基于改進(jìn)粒子群算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃[J]. 王慧,王光宇,潘德文.  傳感器與微系統(tǒng). 2017(05)
[9]現(xiàn)代水面無人艇技術(shù)[J]. 朱煒,張磊.  造船技術(shù). 2017(02)
[10]基于改進(jìn)遺傳算法的機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃[J]. 王雷,李明,唐敦兵,蔡勁草.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)

博士論文
[1]多智能體系統(tǒng)的一致性及編隊(duì)控制研究[D]. 范銘燦.華中科技大學(xué) 2015
[2]智能群體系統(tǒng)集群行為的動(dòng)力學(xué)建模與分析及其仿真研究[D]. 薛志斌.蘭州理工大學(xué) 2012

碩士論文
[1]移動(dòng)機(jī)器人自主避碰與學(xué)習(xí)方法研究[D]. 劉大偉.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]基于深度學(xué)習(xí)的無人水下航行器動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法研究[D]. 張雪蓮.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[3]關(guān)于無人水面巡邏艇追擊任務(wù)的研究[D]. 張歡.吉林大學(xué) 2016
[4]基于粒子群算法的路徑規(guī)劃問題研究[D]. 吳高超.燕山大學(xué) 2016
[5]基于機(jī)器學(xué)習(xí)的無人艇自主避碰方法研究[D]. 遲岑.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[6]自主移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)環(huán)境感知與構(gòu)圖研究[D]. 肖瑤.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[7]多機(jī)器人路徑規(guī)劃與協(xié)同避碰研究[D]. 蘇青.南京郵電大學(xué) 2014
[8]基于群智能算法的多機(jī)器人編隊(duì)技術(shù)研究[D]. 朱黎納.南京理工大學(xué) 2013
[9]多機(jī)器人路徑規(guī)劃[D]. 吳豐君.北京化工大學(xué) 2011
[10]基于粒子群優(yōu)化算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D]. 李珊.西安科技大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3366110