[发明专利]一种密集障碍物环境下的AUV避障方法

权利要求书

1.一种密集障碍物环境下的AUV避障方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取AUV状态信息和障碍物信息、建立声呐数据模型；

步骤二、通过出现在声呐视域中的障碍物类型对当前障碍物环境分类；

步骤三、把声呐传感器探测到的障碍物信息进行数据处理；

所述的声呐传感器探测到的障碍物信息的数据每一项表示声呐波束检测到的物体点的距离和角度信息，首先对数据进行分组，每一组的数据被认为是属于一个障碍物的数据，具体分组方法为：

式中，d_b是波束间距；S_i检测到障碍物点；λ_t是筛选因子；l_e为声呐的探测范围；然后进行障碍物轮廓凸算法数据处理，采用凸包算法和简化的贝塞尔插值算法把障碍物轮廓转化为规则形状，最后进行数据的光滑处理；

步骤四、预测导引AUV避障算法设计；

首先根据障碍物未知信息计算AUV最大避障转弯半径；然后制定AUV避障规则；再根据避障需要满足的条件进行避障算法权重函数的构建；最后根据AUV物理结构以及避障过程条件约束利用预测控制的二次寻优问题计算密集障碍物环境下的最优避障参数，然后进行下一步避障航迹点的设计；

步骤五、单凸障碍物进行避障设计原理；

步骤六、根据步骤五针对单障碍物的避障原理，进行密集障碍物环境下的避障航迹的设计。

2.根据权利要求1所述的一种密集障碍物环境下的AUV避障方法，其特征在于：所述步骤一中获取AUV状态信息包括位置信息、运动信息和姿态信息，所述位置信息在本体坐标系下用距离和角度表示，位置信息在北东地坐标系下用坐标表示；所述运动信息用速度和运动方向表示，运动方向以正北方向为基准，运动信息包括速度大小、速度方向、加速度、角速度和角加速度；所述姿态信息为舷向角，以正北方向为基准，期望的速度和方向由上层方法给出,方向以正北方向为基准；通过建立目标与前视声呐约束关系的数学模型，得到检测物体的数据信息，具体关系为

其中(x_t,y_t,z_t)表示为

式中(x,y,z)为目标在艇体坐标系(Ox₀y₀z₀)下的坐标，(x₀,y₀,z₀)为AUV配置声呐的本体坐标，(x_t,y_t,z_t)表示目标与此AUV的相对位置关系。

3.根据权利要求1所述的一种密集障碍物环境下的AUV避障方法，其特征在于：所述步骤二中障碍物类型主要分类依据是当障碍物进入到AUV前视声呐视野的警戒区域时，规定警戒区域是80m的扇形范围，通过声呐发出的80条波束探测回来的数据进行分类；共分为有界障碍物，左有界障碍物，右有界障碍物和左右边缘无界障碍物四种类型；若障碍物的边界在前视声呐模型的80条波束范围中，当前障碍物为有界障碍物；若障碍物的右边界超出了声呐波束范围而左边界在范围中，被探测到的障碍物为左有界障碍物；若障碍物的左边界超出了声呐的探测范围，而右边界在声呐波束范围中，障碍物为右有界障碍物；若障碍物两边都超出了声呐的探测范围，障碍物为无界障碍物。

4.根据权利要求1所述的一种密集障碍物环境下的AUV避障方法，其特征在于：所述步骤五中单凸障碍物进行避障设计原理为导引避障路径设计的目标是使用更少的转向位置和转向舵角矫正来实现无碰撞的最短和最平滑的路径；依据声呐检测到的障碍物设计避障点，并通过直线导引和圆弧导引跟随避障航迹点以实现安全路径。

5.根据权利要求1所述的一种密集障碍物环境下的AUV避障方法，其特征在于：所述步骤六中密集障碍物环境下的避障航迹的设计具体方法为首先总是朝向虚拟目标点且AUV收益最大的方向运动，同时在AUV运动的过程中保持安全距离以确保AUV的安全性；当AUV的前视声呐检测到大于两个以上的障碍物时，且被检测到的障碍物满足避障范围的条件，那么此刻的AUV面临的环境就被认为是密集障碍物复杂环境；根据上文形成最优避障参数，然后针对密集障碍物的特点，选择出最优的航迹点，最后形成AUV安全避障航迹。