一种基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法技术

一种基于虚拟膨化的运动目标与UUV同向航行的规避方法，本发明专利技术涉及基于虚拟膨化的运动目标与UUV同向航行的规避方法。本发明专利技术是为了目前采用的相向航行的运动障碍规避方法难以准确预测运动障碍的运动状态的问题。本发明专利技术根据运动障碍航向与引导航向的夹角，确定UUV与运动障碍同向航行，同向航行分为UUV追击运动障碍和运动障碍追击UUV两种位置关系；当UUV追击运动障碍时，采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍；当运动障碍追击UUV时，根据UUV与运动障碍相对位置变化，UUV不断调整自身运动速度，并采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍。本发明专利技术应用于UUV的运动障碍规避领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法。
技术介绍
近年来，关于运动障碍规避策略的成果不计其数，总结起来大致分为3大类，第一 类是先预测运动障碍的运动趋势，然后根据不同的趋势作出相应的对策;第二类是在动态 规避的瞬间，将运动障碍固化成静态障碍规避，只要作出动态规避的频率较快，算法就能不 断更新规划路线，直到避过运动障碍;第三类是采用学习算法，通过训练使UUV具有智能避 障的能力； 基于趋势预测的策略能较好地规避运动状态相对平稳的运动障碍，但对于运动速 度或方向变化频繁的运动障碍(或目标)则难以准确预测。将运动障碍固化成静态障碍的策 略，没有考虑运动趋势，导致规划出的航路不一定沿着威胁减小的方向生成。基于学习算法 的避碰策略需要大量的训练样本，当在复杂的动态程度较高的未知环境中，其避碰效果难 以保证。
技术实现思路
本专利技术是为了目前采用的同向运动障碍规避方法难以准确预测运动障碍的运动 状态的问题，而提出的一种基于虚拟膨化的运动障碍与UUV(无人水下航行器）同向航行的 规避方法。 -种基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法按以下步骤实现： 步骤一:设运动障碍航向与引导航向的夹角为headAngl eUUV与运动障碍为同向航行；引导航向是指从UUV当前位置到下一个非运动障碍航路点的连 线所形成的向量，非运动障碍航路点是指不是依托于运动障碍形成的环境中静态环境信息 的顶点； 步骤二：当UUV检测UUV与运动障碍为同向航行时，根据运动障碍到UUV当前所在位 置的连线与运动障碍前进方向的夹角β，分为UUV追击运动障碍和运动障碍追击UUV两种位 置关系； 步骤三：当UUV追击运动障碍时，采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运 动障碍； 步骤四：当运动障碍追击UUV时，根据UUV与运动障碍相对位置变化，UUV不断调整 自身运动速度，并采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍。 专利技术效果： 本专利技术使用蚁群算法作为最基本的动态规划算法，其中规划算法的触发机制是动 态规划的关键，首先该机制要控制好动态规划算法的触发时机，使UUV能及时规划出新航路 避开运动障碍物，或者在没有运动障碍物时合理触发算法修正原有航路。其次该机制还应 能根据UUV所处的具体环境，抑制不必要的触发，因为算法触发过于频繁会降低UUV感知环 境的灵敏性。 本专利技术的目的是在运动障碍静态化策略的基础上，使用虚拟膨化方法将运动障碍 的趋势考虑到动态规划当中，使UUV与运动障碍同向航行时总能沿着威胁减小的方向生成 规避航路。本专利技术的仿真效果图如图1~图12所示。【附图说明】 图1为引导航向示意图；图中1是静态障碍，2是运动障碍，3是引导航向，4是布放 点，5是回收点，必1是必经点1; 图2为相向航行示意图；图中1是headAngle，2是运动障碍，3引导航向，4是UUV艏 向，5是运动障碍航向，0是UUV; 图3为同向航行时UUV追击运动障碍示意图；图中1是引导航向，2是headAngle，3是 运动障碍航向，4是UUV艏向，5是M，6是追击判定线1，7是运动障碍，8是运动障碍被感知范围 (UUV在该圆域内，可感知到该运动障碍），0是UUV; 图4为同向航行时运动障碍追击UUV示意图；图中1是UUV艏向，2是headAngle，3是 运动障碍航向，4是引导航向，5是M，6是追击判定线1，7是运动障碍，8是运动障碍被感知范 围(UUV在该圆域内，可感知到该运动障碍），0是UUV; 图5为UUV追击运动障碍时生成虚拟障碍示意图；图中1是静态障碍，2是膨化线，3 是引导航向，4是headAngle，5是运动障碍航向，6是L，7是M，8是追击判定线1，9是UUV艏向， 10是运动障碍被感知范围，0是UUV; 图6为UUV追击运动障碍时虚拟障碍沿着运动障碍前进方向生成的示意图；图中1 是静态障碍，2是膨化线，3是引导航向，4是headAngle，5是运动障碍航向，6是L，7是α，8是M， 9是追击判定线1，10是运动障碍被感知范围，11是UUV艏向，0是UUV; 图7为运动障碍追击UUV时的场景1示意图；图中1是UUV艏向，2是运动障碍航向，3 是headAngle，4是静态障碍，5是膨化线，6是引导航向，7是Μ，8是追击判定线1，9是运动障碍 被感知范围，〇是UUV; 图8为场景2后运动障碍追击UUV时的场景3示意图；图中1是运动障碍航向，2是UUV 艏向，3是headAngle，4是静态障碍，5是膨化线，6是引导航向，7是运动障碍被感知范围，8是 追击判定线1，9是Μ，0是UUV; 图9为快速运动障碍追击UUV时的场景3示意图；图中1是UUV艏向，2是膨化线，3是 静态障碍，4是运动障碍航向，5是引导航向，6是虚拟障碍，7是Μ，8是追击判定线1，9是运动 障碍被感知范围，〇是UUV;图10为运动障碍追击UUV时的场景3示意图；图中1是UUV艏向，2是膨化线，3是静态 障碍，4是运动障碍航向，5是引导航向，6是虚拟障碍，7是Μ，8是追击判定线1，9是运动障碍 被感知范围，〇是UUV;图11为UUV追击运动障碍仿真效果图，图中1为运动障碍；图12为运动障碍追击UUV仿真效果图，图中3为运动障碍。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：一种基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法包括 以下步骤： 引导航向是指从UUV当前位置到下一个非运动障碍航路点的连线所形成的向量的 方向。所谓非运动障碍航路点，是指该航路点不是依托于运动障碍形成的，而是环境中静态 环境信息的顶点，如静态目标的顶点(p 2)、必经点，回收点等。当UUV运行到图1所示位置时， 遭遇1号运动障碍，UUV触发动态规划算法后形成新的规避航路，点 ？1是1]1^为避开1号运动 障碍形成的依托于运动障碍形成的航路点，而点P2是静态目标膨化顶点。于是根据定义此 时引导航向为向量的方向。UUV为无人水下航行器。 获得UUV自身几何尺寸和航速v(这个航速是UUV自身可调节的，避碰过程中会不断 变化，即UUV真实采用的速度）、巡航速度为 Vu、最大速度为Vu_max;使用UUV传感器测得运动障 碍半径〇bs_r (在建模处理的时候，按照障碍物的最大宽度将障碍物都建成圆形模型），UUV 到运动障碍中心点的直线距离M，运动障碍速度vb; 步骤一:设运动障碍航向与引导航向的夹角为headAngl e， UUV与运动障碍为同向航行；引导航向是指从UUV当前位置到下一个非运动障碍航路点的连 线所形成的向量，非运动障碍航路点是指不是依托于运动障碍形成的环境中静态环境信息 的顶点； 步骤二：当UUV检测UUV与运动障碍为同向航行时，根据运动障碍到UUV当前所在位 置的连线与运动障碍前进方向的夹角β，分为UUV追击运动障碍和运动障碍追击UUV两种位 置关系； 步骤三：当UUV追击运动障碍时，采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运 动障碍； 步骤四：当运动障碍追击UUV时，根据UUV与运动障碍相对位置变化，UUV不断调整 自身运动速度，并采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍。【具体实施方式】 二:本实施方式与一不同的是:所述步骤二中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法，其特征在于，所述基于虚拟膨化的运动障碍与UUV同向航行的规避方法包括以下步骤：步骤一：设运动障碍航向与引导航向的夹角为headAngle，当时，UUV与运动障碍为同向航行；引导航向是指从UUV当前位置到下一个非运动障碍航路点的连线所形成的向量，非运动障碍航路点是指不是依托于运动障碍形成的环境中静态环境信息的顶点；步骤二：当UUV检测UUV与运动障碍为同向航行时，根据运动障碍到UUV当前所在位置的连线与运动障碍前进方向的夹角β，分为UUV追击运动障碍和运动障碍追击UUV两种位置关系；步骤三：当UUV追击运动障碍时，采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍；步骤四：当运动障碍追击UUV时，根据UUV与运动障碍相对位置变化，UUV不断调整自身运动速度，并采用膨化和矩形虚拟障碍调整UUV的艏向，规避运动障碍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏健，张雪莲，吴加兴，周佳加，李村，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23