未知環(huán)境下自主式水下潛器路徑規(guī)劃問題研究.pdf

1、自主式水下潛器(automatic underwater vehicle，簡稱AUV)是一種在水下環(huán)境中連續(xù)自主完成作業(yè)任務(wù)的自主式水下潛器，具有探測環(huán)境信息、分析和處理環(huán)境信息、躲避障礙物、目標(biāo)跟蹤、自主導(dǎo)航的能力。路徑規(guī)劃問題在水下潛器作業(yè)任務(wù)過程中處于重要的位置，它關(guān)系到水下潛器的運動動作、航行安全。根據(jù)自主式水下潛器的自身特點，其路徑規(guī)劃問題屬于探測的局部路徑規(guī)劃。探測的局部路徑規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容在自主式水下潛器領(lǐng)域已經(jīng)有了大量的研

2、究，但能夠適用于水下三維復(fù)雜環(huán)境的算法較少，因此針對水下三維復(fù)雜環(huán)境的自主式水下潛器探測局部路徑規(guī)劃的研究對推動其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。本文對自主式水下潛器探測局部路徑規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究。
　　 首先，對水下潛器環(huán)境探測聲納傳感器的探測特點進(jìn)行了分析和研究，建立了二維空間的傳感器探測模型，進(jìn)而提出了探測局部路徑規(guī)劃雙安全邊緣自由工作空間環(huán)境信息的處理和分析方法。該方法采用了探測到的環(huán)境信息中搜索與規(guī)劃運動體運動動

3、作相關(guān)的關(guān)鍵信息-雙安全邊緣(double-safe-edges，簡稱DSE)，將此信息與運動體自身安全區(qū)域相關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)了雙安全邊緣自由工作空間對探測獲得的環(huán)境信息抽象描述。
　　 其次，對探測的局部路徑規(guī)劃過程中子目標(biāo)點選擇的相關(guān)因素進(jìn)行了分析和研究，提出了基于信度函數(shù)的相關(guān)因素融合對子目標(biāo)優(yōu)化選擇的信度空間。此方法將子目標(biāo)點選擇相關(guān)因素轉(zhuǎn)換為信度的表示形式，將其置于信度空間中進(jìn)行分析和融合，發(fā)揮可轉(zhuǎn)移信度模型(trans

4、ferable belief model，簡稱TBM)中關(guān)于信度融合、目標(biāo)分類的優(yōu)勢，實現(xiàn)了探測的局部路徑規(guī)劃過程中子目標(biāo)點優(yōu)化選擇的目的。
　　 再次，對聯(lián)合目標(biāo)跟蹤與分類相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析和研究，提出了基于信度函數(shù)的聯(lián)合目標(biāo)跟蹤與分類的改進(jìn)方法。該方法以水下工作環(huán)境中被動純方位跟蹤技術(shù)為背景，分析了無跡粒子濾波的濾波過程，完成了濾波過程中系統(tǒng)狀態(tài)、量測方程的建立，實現(xiàn)了被動純方位運動目標(biāo)的無跡粒子濾波跟蹤過程。結(jié)合可轉(zhuǎn)移信度

5、模型的連續(xù)目標(biāo)分類方法，實現(xiàn)對任務(wù)目標(biāo)動態(tài)連續(xù)分類的目的，從而對目標(biāo)跟蹤過程中系統(tǒng)狀態(tài)方程中某些變量之間先驗關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)狀態(tài)方程與任務(wù)目標(biāo)之間的匹配，進(jìn)而提高對目標(biāo)識別的程度和目標(biāo)跟蹤的精度，通過仿真實驗表明了此思路和方法的有效性。
　　 最后，將二維空間中的雙安全邊緣自由運動工作空間和相關(guān)因素信度空間向三維水下環(huán)境進(jìn)行擴展，提出了自主式水下潛器探測局部路徑規(guī)劃算法。該方法適合三維空間中空間障礙物的探測和信息存儲，結(jié)合水深