[发明专利]一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法

说明书

本发明公开了一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法，根据无人艇当前时刻的位置和速度，以及障碍物的位置和速度，判断碰撞风险，计算会发生碰撞的区域，然后把此区域投影到栅格地图上，通过让无人艇避让此区域（危险区域）来达到避开障碍物的目的。本发明方法结合海上船只避障规则，运用Theta*搜索算法进行路径规划，最终得到无人艇行驶路径即与障碍物不发生碰撞，又能符合海上避障规则避开障碍物。通过仿真实验证明，本方法具有较好的避障效果。

技术领域

本发明涉及一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法。

背景技术

随着科技的进步，模块化、智能化、无人化的武器装备已经得到长足的发展。水面无人艇(unmanned surface vehicle，USV)，简称无人艇，在海洋作战中越来越多的得到试用，并且很可能成为越来越重要的作战手段。除了在海洋军事方面的使用，无人艇还可以用于民用方面，如用于海洋的监测，预警和海上搜救等领域。八十年代以来，西方国家逐渐重视无人艇的研究，投入了大量的人力物力。其中以美国和以色列为代表，在无人艇研究方面取得较大突破，已经运用于军事方面。最近几年来，我国也对无人艇进行了研究，取得了一定的成果。但是大多是在理论领域，实用实验相对较少，好多关键技术的研发方面，与国外特别是西方国家差距还很大，加上西方国家的技术封锁。因此，我国加强对无人艇的研发是势在必行的。

随着世界各国对水面无人艇的应用研究越来越广泛，对水面无人艇智能化水平的要求也在不断提高，要求水面无人艇在运动过程中具有与周围环境交互的能力，即要求水面无人艇具有从周围环境中收集有用信息，进行环境建摸，并利用模型来规划并执行上层任务的能力，其中路径规划问题就是核心问题之一。水面无人艇的路径规划是指在静动态障碍物并存的海洋环境中，寻找一条从给定起点到终点的满足一定评价标准的运动路径，使水面无人艇在航行过程中能安全可靠地避开所有障碍物，并且在避开障碍物的同时，又能满足无人艇海上行驶规则。路径规划的分类方法很多，按层次关系可分为全局路径规划和局部路径规划；按照对环境的了解程度，分为环境已知，环境部分已知，环境未知三种规划；同时还有基于功能、行为的规划等等。全局路径规划和局部路径规划是建立在无人艇对其环境了解程度的基础上。水面无人艇的全局规划着眼于规划出一条从起始点到目标点的无碰撞路径，综合考虑上层模块的任务要求和水面无人艇本身的运动性能，确立某种最优性能函数，通过一定的搜索方式，就能在水面无人艇的运动空间中找到相应的优化路径。水面无人艇的局部规划立足于实时性，根据传感器信息确定水面无人艇在地图中的当前位置以及周围局部范围内障碍物的分布情况，规划下一时刻的运动，从而避开动态障碍物。在现有的避障方法中，输出的直接是控制无人艇的速度和方向来完成避障，并且有极少部分研究结合海事规则，只是单纯的为避开障碍物而设计的，避障效果并不理想。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法，能完成动静态障碍物实时的避障，并且符合海上避障规则。

为达到上次目的，本发明的构思是：

根据无人艇当前时刻的位置和速度，以及障碍物的位置和速度，判断碰撞风险，计算会发生碰撞的区域，然后把此区域投影到栅格地图上，通过让无人艇避让此区域(危险区域)来达到避开障碍物的目的。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法，包括以下步骤：

步骤一，获取无人艇和障碍物当前的相关信息：

通过GPS或北斗和惯导传感器获取无人艇的位置，运动和姿态信息，再通过无人艇自身携带的多传感器数据融合进行环境建模得到障碍物的位置，运动和尺寸信息，根据障碍物的不同尺寸将障碍物建模为大小不同的圆形状障碍物；

步骤二，通过无人艇以及障碍物当前位置速度信息来判断是否具有碰撞风险：