基于快速行進(jìn)法的無人艇編隊路徑規(guī)劃技術(shù)研究.pdf

1、近年來，為減少人員傷亡及提高任務(wù)執(zhí)行效率，無人艇技術(shù)發(fā)展迅速，在軍事和民用領(lǐng)域被大量使用。然而，目前主流的無人艇平臺存在著諸如負(fù)載能力低、執(zhí)行任務(wù)單一等缺陷，不利于無人艇的廣泛應(yīng)用。為克服這些缺點，需要將多艘無人艇組成編隊，實現(xiàn)協(xié)同操作。路徑規(guī)劃是無人艇編隊技術(shù)中的核心組成部分，用于全局靜態(tài)路徑規(guī)劃及局部動態(tài)避碰。開展無人艇編隊的路徑規(guī)劃技術(shù)研究，對提高無人艇編隊的負(fù)載能力和任務(wù)多樣性具有重要的理論研究意義和工程應(yīng)用價值。
　　本

2、文采用領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者的編隊控制結(jié)構(gòu)，基于改進(jìn)的快速行進(jìn)法進(jìn)行全局靜態(tài)路徑規(guī)劃，和局部動態(tài)路徑規(guī)劃建立無人艇數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真實驗。本文的研究內(nèi)容概述如下：
　　研究全局靜態(tài)路徑規(guī)劃方法。全局靜態(tài)路徑規(guī)劃分為位姿空間表示和路徑搜索算法2部分。位姿空間是與實際環(huán)境對應(yīng)的、能夠被計算機處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；路徑搜索算法則是應(yīng)用于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法。傳統(tǒng)的位姿空間表示方法在細(xì)節(jié)上有所不同，但均將實際環(huán)境劃分為可行區(qū)域和障礙物區(qū)域，并將可行區(qū)域看作

3、各向同性，區(qū)域內(nèi)的安全性、通行性一致。這會導(dǎo)致生成的路徑距障礙物過近。針對此缺陷，快速行進(jìn)平方法將可行區(qū)域看作各向異性的，認(rèn)為某點的安全性和該點距障礙物的距離線性相關(guān)，傾向于讓無人艇沿著最安全的區(qū)域行駛。但距障礙物越遠(yuǎn)，路徑長度會相應(yīng)增加。本文提出的可變快速行進(jìn)平方法認(rèn)為某點的安全性和該點距障礙物的距離正相關(guān)，通過比例縮放、閾值處理、函數(shù)變換這3種方式改變可行區(qū)域的各向異性，使最終生成的路徑能夠在安全性和長度之間進(jìn)行權(quán)衡。對本文提出的可

4、變快速行進(jìn)平方法進(jìn)行實驗驗證。
　　研究局部動態(tài)路徑規(guī)劃方法。無人艇編隊在運動過程中可能遭遇動態(tài)障礙物，傳統(tǒng)的局部動態(tài)路徑規(guī)劃方法均是通過傳感器信息對障礙物建模，并對全局靜態(tài)路徑進(jìn)行局部修正，存在計算量大、實時性差、路徑規(guī)劃結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。針對此問題，本文提出有限快速行進(jìn)法，并基于船舶領(lǐng)域等概念提出避碰領(lǐng)域。對無人艇編隊中某個成員進(jìn)行局部動態(tài)路徑規(guī)劃時，將其它成員也看作動態(tài)障礙物，在每個動態(tài)障礙物的避碰領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用有限快速行進(jìn)法，與