自主式水下潛器局部路徑規(guī)劃方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)海洋地位的日益提升，自主式水下潛器也扮演著越來(lái)越重要的角色。它在開發(fā)海洋資源、搜集軍事情報(bào)等方面發(fā)揮著難以替代的作用。由于工作環(huán)境的特殊性與復(fù)雜性，自主導(dǎo)航能力是實(shí)現(xiàn)其智能性的關(guān)鍵。因此，路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展很大程度上表明了其智能化程度。
　　由于工作環(huán)境的復(fù)雜多變性，自主式水下潛器難以在規(guī)劃之前獲得所有的環(huán)境信息，因此更適合局部路徑規(guī)劃的方法。本文在分析傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法以及基本快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法的基礎(chǔ)上對(duì)其存在的不足進(jìn)行了更

2、深層次的研究。
　　首先，針對(duì)實(shí)際情況中會(huì)遇到移動(dòng)障礙物的情況，詳細(xì)探討了移動(dòng)障礙物的建模，包括勻速運(yùn)動(dòng)以及隨機(jī)運(yùn)動(dòng)這兩類，并對(duì)著移動(dòng)障礙物的預(yù)判進(jìn)行了分析；然后對(duì)三維空間的環(huán)境建模做了詳細(xì)的介紹，包括其環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取以及處理。
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法中存在的不足對(duì)其提出了兩種改進(jìn)方式。第一種是當(dāng)障礙物和終點(diǎn)相距很近的情況下不能到達(dá)終點(diǎn)的情況；另一種為水下潛器所受到的斥力與引力大小相等，方向相反的情況下導(dǎo)致水下潛器停滯

3、不前。針對(duì)以上兩種情況，第一種修改了斥力函數(shù)增加調(diào)節(jié)因子去解決這個(gè)問題；第二種是通過尋找勢(shì)能場(chǎng)最小的情況去避免產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象。
　　然后，在對(duì)基本快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法原理和步驟介紹的基礎(chǔ)上，指出了該算法存在的一些不足。針對(duì)該算法擴(kuò)展方式太過分散這一缺陷進(jìn)行了修改，提出了具有目標(biāo)偏向性的快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法，該算法在搜索路徑的時(shí)候具有偏向性，并從原理上分析了該算法偏向性這一特點(diǎn)，并對(duì)基本型和改進(jìn)后的算法進(jìn)行了仿真分析。在分析動(dòng)態(tài)障礙物避障

4、策略的基礎(chǔ)上，將改進(jìn)型算法應(yīng)用在動(dòng)態(tài)環(huán)境路徑規(guī)劃中并進(jìn)行了仿真。
　　最后，將兩種算法混合應(yīng)用在三維路徑規(guī)劃之中。針對(duì)自主式水下潛器的真實(shí)工作空間，詳細(xì)闡述了探測(cè)獲得的水深數(shù)據(jù)的表示和實(shí)時(shí)的更新，以及三維環(huán)境中通過聲納探測(cè)獲得障礙物與水下潛器的距離從而得到可以運(yùn)動(dòng)的自由空間。在分析了人工勢(shì)場(chǎng)法以及快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了算法混合的想法，利用混合算法完成水下潛器在三維環(huán)境中的局部路徑規(guī)劃問題，通過仿真證實(shí)了該方法的有