[发明专利]一种基于速度障碍法的UUV动态避障方法

说明书

一种基于速度障碍法的UUV动态避障方法，涉及一种UUV动态避障方法。解决了现有UUV的路径规划方法在动态环境中存在避开移动障碍物的准确性差的问题。本发明将障碍物的运动不确定性转化为位置不确定性；根据障碍物的运动不确定性，获得最小安全角α₁和最大安全角α₂；获得多障碍物对UUV造成的综合速度危险度，根据UUV动力学约束规律，确定UUV运动的速度空间，根据障碍物的位置不确定性和障碍物的最大作用范围，获得UUV与所有障碍物的最小碰撞时间；利用UUV的综合速度危险度和UUV与所有障碍物的最小碰撞时间，获得UUV的优化目标路径函数；利用速度障碍法寻找目标函数的最小值点，作为UUV运动的下一个航路点，实现对UUV运动路径的规划。本发明适用于UUV动态避障。

技术领域

本发明涉及一种UUV动态避障方法。

背景技术

随着人类对海洋资源需求的不断增加,人类的活动空间逐渐由近岸、浅海扩展到了更深的海域，UUV技术得到了越来越多的关注,尤其在各国的军事领域中扮演着越来越重要的角色。

UUV(Unmanned Underwater Vehicle无人水下航行器)的航路规划是高效、安全的完成作业任务的重要保障。而UUV在航行中有可能会遇到动态障碍物，这就要求UUV能够对移动障碍物做出迅速有效的避障反应。国内外众多学者对动态避障问题进行了深入的研究，提出了许多有效的规划方法，比如人工势场法(APF)、向量场直方图法、动态窗法(DWA)和行为法等，它们对局部环境具有较强的适应能力，仅依赖有限传感器信息在线避碰，具备很高的效率。然而对动态障碍物而言，潜在碰撞区才是真实的危险区，非当前障碍物区域，存在避开移动障碍物的准确性差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有UUV的路径规划方法在动态环境中，存在避开移动障碍物的准确性差的问题。提出了一种基于速度障碍法的UUV动态避障方法。

本发明所述的一种基于速度障碍法的UUV动态避障方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、将障碍物的运动不确定性转化为位置不确定性；根据障碍物的运动不确定性，获得最小安全角α₁和最大安全角α₂；

步骤二、根据步骤一获得的最小安全角α₁和最大安全角α₂，获得第i个障碍物对于UUV以速度v_r航行时的危险度VR_i(v_r)为：

其中，γ是UUV与障碍物的碰撞角；i＝1,2,...,n，n为障碍物的个数；

n个障碍物对UUV的航行速度v_r产生多个不同的速度危险度，n个障碍物对UUV造成的综合速度危险度为：

步骤三、根据UUV动力学约束规律，确定UUV运动的速度空间Ω_r；

步骤四、根据障碍物的位置不确定性和障碍物的最大作用范围，建立UUV到达障碍物边缘的最短时间函数；获得UUV与所有障碍物的最小碰撞时间t_col(v_r)；其中，X_ro为UUV与障碍物之间的距离和为障碍物O_i半径的上限估计值；

步骤五、利用UUV的综合速度危险度VR(v_r)和UUV与所有障碍物的最小碰撞时间t_col(v_r)，获得UUV的优化目标路径函数；

步骤六、利用速度障碍法寻找目标函数的最小值点，作为UUV运动的下一个航路点，实现对UUV运动路径的规划。