[发明专利]一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法

说明书

本发明公开了一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，涉及无人无缆潜水器避障技术领域，该方法结合无人无缆潜水器在执行水域封锁、水下地图绘制等军事使命任务，或海洋水产养殖管理、海底矿物勘探等民用使命任务，需要定深巡检搜索航行的工程背景，给出了面对巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法；本发明对巡检任务场景、多任务、多约束条件下水平面避障原理及策略进行分析，重点设计动作规划端，并基于深度神经网络算法设计子任务自主决策方法，实现基础子任务的自主决策，对PID算法进行改进，设计基础动作规划器，输出动作策略，利用得到的动作策略引导巡检AUV无碰撞且兼顾巡检任务的行驶，直至完成巡检搜索任务。

技术领域

本发明涉及无人无缆潜水器避障技术领域，具体涉及一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

近年来，伴随着无人无缆潜水器（autonomouunderwater vehicle，AUV），在海洋开发、海洋军事应用的巨大潜力价值，已逐渐发展成为深入实施国家海洋资源综合探测、国家海军技术装备、展现国家海洋高科技综合实力的关键技术装备；巡检型AUV是目前无人无缆潜水器（autonomou underwater vehicle，AUV）研究中备受关注的一种类型，其搭载特定的传感器后，在军用技术领域可执行水域封锁、水下地图绘制等使命任务，在民用技术领域可从事于海洋水质监测、海洋水产养殖管理、海底矿物勘探等；本发明主要用于解决巡检型AUV在复杂未知水下环境执行巡检任务过程中遭遇的实时避障问题。

巡检AUV在未知水域执行定水深巡检搜索任务时，需要从起始点 P_S沿着已规划的巡检路线（如：梳状路径）安全无碰撞的航行到终点 P_E；巡检路线具备一定的理想性，未考虑巡检型AUV的运动约束以及突发情况等，仅仅对巡检型AUV的航行起简单参考作用；实际情况中巡检AUV在执行巡检任务时，难免会遭遇一些静态或动态障碍物威胁机体安全，若不采取合适策略进行处理，不但难以完成巡检任务，还可能会损坏巡检AUV机体，造成巨大的损失。

目前学者们对于避障方法的研究，大多停留于基础的避障过程研究，很少研究AUV在具体工程应用场景、使命任务约束条件下避障方法，本发明结合巡检型AUV自主作业特点，提出了一种可用于巡检型AUV在执行固定水深巡检搜索任务时的自主避障方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前巡检型AUV在复杂未知水下环境执行巡检任务过程中遭遇的实时避障问题，提供了一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，为保障巡检AUV在未知水域执行定水深巡检搜索任务时，自主规避静态和动态障碍物，顺利完成巡检作业，解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种可用于巡检作业任务的无人无缆潜水器实时避障方法，包括：

步骤1：通过巡检AUV搭载的传感器，实时获取巡检AUV状态数据信息和周边环境数据信息，并建立巡检AUV状态模型和环境状态模型；

步骤2：将巡检AUV的巡检任务进行任务分解和行为规划，得到子任务集，并将每个子任务建立为一个马尔可夫决策模型；

步骤3：结合子任务评价函数，以实时周边环境数据信息为输入，通过基于DQN算法的子任务自主决策算法，得到当前子任务决策策略；

步骤4：建立行为动作模型和动态避障模型，依据当前子任务决策策略，结合巡检AUV状态模型和环境状态模型，根据基于PID算法的AUV动作规划器，进行实时动作规划，输出动作策略；