【摘要】：水面無(wú)人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)具有高速化與無(wú)人化等優(yōu)勢(shì),可以搭載不同設(shè)備完成各種高難度任務(wù),使其在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。USV航跡規(guī)劃技術(shù)一直是USV研究的核心技術(shù),USV航跡規(guī)劃主要包括全局航跡規(guī)劃與局部航跡規(guī)劃。碰撞危險(xiǎn)度一直是航海領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn),準(zhǔn)確的碰撞危險(xiǎn)度可以為USV提供有效的輔助信息,保障USV安全航行。航跡規(guī)劃及危險(xiǎn)評(píng)估是保障USV航行安全及任務(wù)完成的重要前提,相關(guān)研究具有重要的理論意義及應(yīng)用價(jià)值。首先,介紹了USV航跡規(guī)劃與危險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)的理論基礎(chǔ)。描述了USV航跡規(guī)劃基本概念與一般步驟,給出了環(huán)境建模的幾種常見(jiàn)方法。同時(shí)具體闡述了危險(xiǎn)評(píng)估的流程以及常見(jiàn)的評(píng)估方法。其次,針對(duì)基本遺傳算法在解決USV全局航跡規(guī)劃問(wèn)題存在的缺點(diǎn),提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的USV全局航跡規(guī)劃方法。為克服基本遺傳算法收斂速度慢的缺點(diǎn),該方法選取一種新的交叉算子,將傳統(tǒng)交叉算子只比較每個(gè)單個(gè)節(jié)點(diǎn),改進(jìn)為比較兩個(gè)非承載節(jié)點(diǎn)從而提高了算法收斂速度。為解決規(guī)劃出的航跡距離長(zhǎng)以及平滑度低等問(wèn)題,給出了基于基因重組航跡優(yōu)化算法的改進(jìn)方法,該方法利用基因重組算法的三種算子對(duì)航跡進(jìn)行優(yōu)化,縮短航跡長(zhǎng)度并提高航跡平滑度。仿真結(jié)果表明該方法可以很好的應(yīng)用于USV全局航跡規(guī)劃,提高了規(guī)劃效率,降低USV的能源消耗。再次,針對(duì)基本快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù)(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法解決USV局部航跡規(guī)劃的不足,提出了一種基于改進(jìn)RRT算法的USV局部航跡規(guī)劃方法。為克服基本RRT算法的隨機(jī)性與不確定性,給出了優(yōu)化生長(zhǎng)點(diǎn)與擴(kuò)展點(diǎn)選擇的新方法,該方法通過(guò)加入度量節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展失敗次數(shù)的抑制因子,優(yōu)化生長(zhǎng)點(diǎn)的選擇,通過(guò)增加約束條件限制擴(kuò)展點(diǎn)的選擇,提高了算法性能。為解決規(guī)劃出的航跡中多余航點(diǎn)過(guò)多的問(wèn)題,該方法利用Dijkstra算法對(duì)航跡進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明該方法可以很好的應(yīng)用于USV的局部航跡規(guī)劃,減小USV航行過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)角度,提高可操作性。最后,針對(duì)USV危險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了研究,以USV碰撞危險(xiǎn)度為切入點(diǎn),分析了碰撞危險(xiǎn)度與航跡規(guī)劃決策之間的聯(lián)系�；谀：C合評(píng)估法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)碰撞危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)估確定。仿真結(jié)果表明,不同條件下的模糊綜合評(píng)估法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法所得結(jié)果精度均較高,符合實(shí)際情況,滿足USV對(duì)碰撞危險(xiǎn)度的精度要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U664.82
【圖文】：

運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)速度和機(jī)動(dòng)性均較高，USV 自身靈活性較好，因此重的損失。先定義好的航線和行駛規(guī)則：USV 依據(jù)算法預(yù)先規(guī)劃出了航航行，但是受地形環(huán)境和自然環(huán)境的影響，航行過(guò)程中可能偏移航跡規(guī)劃問(wèn)題主要包括環(huán)境信息描述、航跡規(guī)劃算法和航跡執(zhí)模型描述 USV 的運(yùn)動(dòng)空間，合適的環(huán)境建模方法使航跡規(guī)劃法基于合理的搜索算法達(dá)到規(guī)劃出最優(yōu)航跡的目的。航跡執(zhí)行控制系統(tǒng)結(jié)合較為緊密，也即是控制 USV 按照指定的航跡航行分析討論。型建立 USV 航跡規(guī)劃時(shí)，首先需要利用電子海圖來(lái)獲取全局環(huán)境信年代微機(jī)應(yīng)用于航海上而得到發(fā)展的信息系統(tǒng)。它是將傳統(tǒng)海數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)字化方式，將海圖中的全部信息在海圖數(shù)字化電子海圖系統(tǒng)示意圖如圖 2.1 所示。

基于二維場(chǎng)景提出的環(huán)境表示方法，它根有序、以二值信息表示的網(wǎng)格。它的原理：如果某柵格被障礙物完全或部分覆蓋， 1，如果此柵格未被障礙物覆蓋，則可視借助概率論的方法統(tǒng)計(jì)地圖中每個(gè)柵格的的環(huán)境柵格，因此柵格地圖也叫概率地圖no 在 1983 年提出的單元分解法，其主要思跡規(guī)劃就是指是通過(guò)航跡搜索算法，在柵格子集，該子集即是最優(yōu)航跡。柵格模型詳細(xì)的信息，維護(hù)和更新操作都比較方便要求不高，能夠較好地表達(dá)非結(jié)構(gòu)化的環(huán)很方便，發(fā)展前景十分廣闊。另外，柵格法ra 算法進(jìn)行航跡搜索時(shí)可以與柵格法相結(jié)合環(huán)境柵格數(shù)量過(guò)多時(shí)，運(yùn)算過(guò)程會(huì)占用大速度，從而影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。柵格圖

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