[发明专利]基于多滚动窗口的人工势场无人水面艇避障方法

说明书

本发明公开了基于多滚动窗口的人工势场无人水面艇避障方法，主要解决现有的智能航行方法对无人水面艇避障稳定性不高的问题。其实现步骤为：1)将无人水面艇和海上障碍物进行预处理，获取得到相应的预处理结果；2)设定第一和第二滚动窗口参数建立多滚动窗口图，并将预处理好的无人水面艇和障碍物结果投射到人造势场中；3)对四种不同状态的障碍物进行相应的判定，并计算得到单一目标的最优路径方向，最后通过合力计算得到最后路径方向。本发明有效地结合了滚动窗口地实时监测能力和人工势场地决策能力，稳定了避障性能，可用于无人艇智能航行。

技术领域

本发明涉及无人水面艇航行技术领域，具体涉及到基于多滚动窗口的人工势场无人水面艇避障方法。

背景技术

无人水面艇是一种无人操作的水面舰艇，通过搭载先进控制系统、传感器系统和通信系统，主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务，无论再民用领域还是再军事领域都具有很高的利用价值。由于无人水面艇所处环境复杂，加之其安全航行受风浪，水深等因素影响较大，这使得无人水面艇智能航行变得十分困难；另外，海上障碍物复杂种类繁多且具有不可预测性，岛屿、礁石、船舶等海上漂流物对无人水面艇安全航行具有很大威胁，因此，如何提高无人水面艇的避障性能是无人水面艇智能航行中的一个重要研究方向。

目前在无人水面艇避障方法中主要分为以下几种：

一是基于人工势场的方法；

二是基于海图信息的方法；

三是基于单滚动窗口的避障方法；

四是基于神经网络智能控制的方法。

通过将单滚动窗口结合人工势场而成的避障算法称为基于单滚动窗口的人工势场避障方法，由于无人水面艇对不同距离的障碍物的置信度不同，选取不同距离的滚动窗口，基于单核滚动窗口的人工势场避障方法表现出不同的避障性能，因此，基于单滚动窗口的人工势场避障方法仅能表现出某一距离的特性，不能体现处不同距离滚动窗口之间的连续性，从而影响避障算法的避障性能，使得无人水面艇智能航行安全性降低。

发明内容

为克服背景技术的不足，本发明提供了基于多滚动窗口的人工势场无人水面艇避障方法，以提高无人水面艇的安全航行性能。

本发明采用的步骤具体如下：

基于多滚动窗口的人工势场无人水面艇避障方法，其步骤具体如下：

步骤1，对无人水面艇和障碍物进行预处理，建立人工势场并设置坐标系；

步骤2，建立多滚动窗口；

步骤3，将预处理后的无人水面艇和障碍物以及步骤2投放在于人工势场坐标系中，其中无人水面艇和障碍物按照相对位置并参考正北方向，显示到此人工势场坐标系中，人工势场原点位置为无人水面艇；

步骤4，根据无人水面艇在海上实际航行情况，将决策过程分为四种情况：

4a)对安全状态障碍物进行决策；

4b)对潜在安全状态障碍物进行决策；

4c)对准危险状态障碍物进行决策；

4d)对危险状态障碍物进行决策；

4e)通过4a)—4d)过程处理，通过合力输出，最终得出最优决策路径。

将所述无人水面艇的长、宽、高通过等比例缩放设定为一号椭圆，所述一号椭圆的长轴为a，短轴为b，所述无人水面艇的速度v与单位时间Δt相乘，此时所述一号椭圆长轴变为b+v*Δt，短轴为a，对所述一号椭圆进行膨胀处理，并将膨胀区域假定为正电荷，形成最终的无人水面艇预处理图。