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、目標跟蹤、自主導航的能力。路徑規(guī)劃問題在水下潛器作業(yè)任務過程中處于重要的位置，它關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)劃的相關內(nèi)容在自主式水下潛器領域已經(jīng)有了大量的研

2、究，但能夠適用于水下三維復雜環(huán)境的算法較少，因此針對水下三維復雜環(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應用領域的發(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)劃的相關內(nèi)容進行了研究。
　　 首先，對水下潛器環(huán)境探測聲納傳感器的探測特點進行了分析和研究，建立了二維空間的傳感器探測模型，進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、作相關的關鍵信息-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)劃過程中子目標點選擇的相關因素進行了分析和研究，提出了基于信度函數(shù)的相關因素融合對子目標優(yōu)化選擇的信度空間。此方法將子目標點選擇相關因素轉(zhuǎn)換為信度的表示形式，將其置于信度空間中進行分析和融合，發(fā)揮可轉(zhuǎn)移信度模型(trans

4、ferable belief model，簡稱TBM)中關于信度融合、目標分類的優(yōu)勢，實現(xiàn)了探測的局部路徑規(guī)劃過程中子目標點優(yōu)化選擇的目的。
　　 再次，對聯(lián)合目標跟蹤與分類相關內(nèi)容進行了分析和研究，提出了基于信度函數(shù)的聯(lián)合目標跟蹤與分類的改進方法。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)目標分類方法，實現(xiàn)對任務目標動態(tài)連續(xù)分類的目的，從而對目標跟蹤過程中系統(tǒng)狀態(tài)方程中某些變量之間先驗關系進行調(diào)整，實現(xiàn)狀態(tài)方程與任務目標之間的匹配，進而提高對目標識別的程度和目標跟蹤的精度，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因素信度空間向三維水下環(huán)境進行擴展，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