[发明专利]一种用于无人船自主避障的装置及方法

说明书

本发明属于无人船智能控制技术领域，公开了一种无人船自主避障方法；首选避障系统初始化，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；检测是否存在障碍物的方位角α、距离ε和速度V；将数据送入方位权函数、距离权函数和速度权函数，得到对应的权值权值与最大角度改变量相乘，得到避障角度通过驱动电机和舵机系统控制无人船驶离障碍物；本发明的有益效果为：无人船能够合理安全地驶离障碍物并快速回到目标航线，脱离危险后会更快复航，避障轨迹平滑，并且适合多目标障碍物的避障。

技术领域

本发明属于无人船智能控制技术领域，具体涉及一种无人船自主避障方法。

背景技术

无人船作为一种能够自主航行的水面运动平台，在环保检测、水产养殖、科研勘测乃至军事领域具有广泛的应用前景。无人船在航行中，不可避免的会遇到岸堤、礁石、桥墩、大型货船等障碍物，需要能够自主躲避水面上的障碍物。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人船自主避障方法，该方法通过航线起始点计算得到目标航向，通过雷达测得障碍物的方位、距离和速度数据，加以权重处理后与目标航向结合，通过控制系统调整无人船躲避障碍物，快速回到目标航线。

本发明所采用的具体技术方案如下：

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

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。

本发明的有益效果为：无人船在前方没有障碍物时仍可按照本发明方法以预设航线前进；在有障碍物出现时，无人船能够完成对水面障碍物的识别，得到障碍物的距离、方位和速度等信息，能够更真实地反映障碍物的威胁系数，反映真实的环境信息，继而进行有效的危险规避。避障过程中，无人船会以合适的航向变化量来躲避危险，较一般障碍物数据处理方法而言，无人船能够合理安全地驶离障碍物并快速回到目标航线，脱离危险后会更快复航，避障轨迹平滑，并且适合多目标障碍物的避障。

附图说明

图1为本发明提供的无人船避障控制原理图；

图2为本发明提供的无人船避障方法整体流程图；

图3为无人船关键控制系统；

图4为障碍物威胁程度中的方位权函数曲线、距离权函数曲线及速度权函数曲线；

图5为线性方位权函数条件下的无人船避障航迹仿真图；

图6为高斯方位权函数条件下的无人船避障航迹仿真图；

图7为线性方位权函数条件下无人船航向与舵角仿真图；

图8为高斯方位权函数条件无人船航向与舵角仿真图；

图9为障碍物方位和距离仿真变化图；

图10为无人船多障碍物避障仿真图。

具体实施方式