[发明专利]一种用于无人船自主避障的装置及方法

权利要求书

1.一种无人船自主避障方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：避障系统初始化，设A点为航迹起点，B点为指定路径上的航迹点，O点为无人船实时位置；以无人船为圆心，以可视半径R为半径作圆，交直线AB于两点P和P1，距目标B点较近点P为实时目标点，无人船实时位置O与实时目标点P的连线方向为实时目标航向角Ψ_r；无人船实时航向Ψ可通过导航模块获取；

步骤2：检测是否存在障碍物，当无人船到达障碍物影响范围内时，通过雷达测得障碍物的方位角α、距离ε和速度V；

步骤3：计算避障角度，将数据送入方位权函数、距离权函数和速度权函数，得到对应的权值ω1、ω2和ω3，权值与无人船单侧最大角度改变量相乘，得到一个避障角度将权函数定义为：

上述式(1)中的权函数为一阶高斯函数，在方位权函数中，其期望为0，sgn(α)符号函数表现了障碍物与无人船的位置关系，决定了无人船避障方向；无人船前方±60°领域内的障碍物威胁性最大，±60°以外危险程度较低，带入式(1)来确定方差c₁²：

在距离权函数式(2)中，期望为0，方差c₂²越小，无人船进入高风险时的距离越小；

将无人船当前航速V₀考虑在内，设定最短会遇时间TCPA≥n秒时无人船拥有足够的反应时间做出避障动作，最短会遇距离DCPA应满足

DCPA＝V₀×TCPA；

当ε≤DCPA时无人船进入高风险区，带入式(2)

得到距离权函数中的方差c₂²；

障碍物速度V＝0时，障碍物静止，危险系数最小，设定雷达能够探测障碍物最大速度为V_max,带入式(3)求得期望b₃＝V_max和方差c3²

步骤4：将作为航向控制的输入，其中ΔΨ＝Ψ_r-Ψ，通过驱动电机和舵机系统控制无人船驶离障碍物。

2.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法，其特征在于，

步骤2中，根据无人船控制参数、目标信息以及水域信息确定安全会遇距离SDA，由雷达确定无人船与障碍物的距离ε，若ε大于SDA，则不需要采取避障措施，取避障角度若ε小于SDA，则表明无人船进入障碍物影响范围内，相应地将障碍物距离、方位、速度数据进行加权处理。

3.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法，其特征在于，

步骤3中，权重值ω1、ω2和ω3的大小共同决定了障碍物对于无人船的危险程度，最后的权值由三者的乘积决定，无人船单侧航向的最大改变量为θ，因此，最终避障角度定义为：

4.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法，其特征在于，用于该方法的装置包括电源模块、导航模块、避障模块和控制核心，通过避障模块获取障碍物的方位、距离和速度数据；导航模块采用高精度差分GNSS用于实时获取无人船经纬度坐标点、实时航向和航速，将数据作为输入给到控制核心，输出舵机改变量，通过航向调整躲避障碍物。