基于快速擴展隨機樹（RRT）算法,提出一種適用于船舶自主避碰的慎思型軌跡規(guī)劃（DTP）算法,能夠耦合處理靜態(tài)障礙物約束、船舶操縱性約束、軌跡最優(yōu)性等限制條件,在兩個長程路徑點之間完成全局軌跡規(guī)劃,以保證規(guī)劃軌跡的可行性、完備性和最優(yōu)性.通過一條案例三體船的自主避碰仿真及航行試驗,從多方面驗證了所提DTP算法的有效性、優(yōu)越性和穩(wěn)定性,對研究船舶自主避碰系統(tǒng)及其應用前景具有重要的意義. 

【文章來源】：上海交通大學學報. 2019,53(12)北大核心

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

DTP算法的規(guī)劃結果

從初始狀態(tài)矢量M0前往目標節(jié)點Mf的軌跡可以表達為一個由兩類軌跡基元串聯組合成的基元序列.若設定船舶總是采用定常直航的方式接近目標節(jié)點Mf,則基元序列的最后一段必然是定常直航的tr基元(u,r)|r=0,u≠0;在基元序列中還需要一段定常回轉的tr基元(u,r)|r≠0以完成航向的調整;而為了保證軌跡上任何時刻位置、航向、速度、加速度的連續(xù)性,在基元序列中還需要最多兩段ma基元以實現不同定常巡航狀態(tài)的平滑切換,如圖1所示.由圖1可知,船舶從初始狀態(tài)M0到達目標節(jié)點Mf的可行軌跡可以通過串聯最多4段軌跡基元——機動軌跡ma1基元(ma1)、定�；剞Dtr2基元(tr2)、機動軌跡ma3基元(ma3)、定常直航tr4基元(tr4)實現,其中兩段tr基元的時長屬于可調參數.在MA框架的軌跡基元庫中選擇不同的tr基元和ma基元進行組合,可以在RRT樹節(jié)點之間生成多種不同的可行軌跡段,串聯這些可行軌跡段最終能夠生成多條全局可行軌跡,而這其中必然存在一條全局最優(yōu)軌跡.

在所有全局可行軌跡中,總代價函數C(x)最小的軌跡為全局最優(yōu)軌跡,其優(yōu)選過程如圖2所示.新節(jié)點w與根節(jié)點p間有多條可行軌跡段,從中選出代價最小的軌跡段pw(見圖2(a));遍歷RRT已有節(jié)點p、q、s,可以獲得通向新節(jié)點w的3條可行軌跡段pw、qw、sw(見圖2(b));通過比較軌跡代價,在上述3條可行軌跡段中優(yōu)選出軌跡段pw,并在新節(jié)點w與終點g間也生成可行軌跡段,獲得1條全局可行軌跡pwg(見圖2(c));重復上述過程,得到新的節(jié)點h、c,可以獲得3條全局可行軌跡pwg、pwhg、pqcg,通過對比軌跡代價獲得全局最優(yōu)軌跡pwg(見圖2(d)).2 限制水域自主避碰試驗


本文編號：3047605