[发明专利]一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法

权利要求书

1.一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、根据无人艇任务要求，获取无人艇控制中心下达任务内容，包括无人艇航行水域、起始位置、终止位置和要求航速；

步骤2、进行无人艇航行任务阶段划分，包括如下步骤：

2.1获取任务水域初始环境信息，具体为：通过电子海图提供的数字化海洋环境地理信息数据，对无人艇执行任务水域中海洋环境进行数据处理，提取出电子海图中的可航区和碍航区，获得全局环境的障碍物分布情况；

2.2依托气象预报获取无人艇执行任务水域水文、气象、潮汐信息，构建任务水域的初始环境模型，

2.3根据任务水域初始环境信息和无人艇导航能力覆盖范围进行无人艇航行任务阶段划分；

步骤3、构建更完备的水域环境，具体为：

根据航行任务阶段划分，无人艇在导航能力覆盖内的航行水域，通过搭载导航设备进行水面水下障碍物的探测识别，获取未知环境信息，构建更完备的水域环境；

步骤4、根据步骤S中构建的水域环境，将无人艇当前所在位置作为初始规划的位置，步骤2航行任务阶段划分当前阶段终点为无人艇航行到达区域，使用快速搜索随机树算法进行无人艇可航局部路径规划；

步骤5，利用滚动窗口策略，无人艇在局部路径规划的基础上通过航迹控制执行已规划完成的前一阶段的规划路线，与此同时通过快速搜索随机树算法重新规划下一阶段的航行路线，直到最终完成整个航行任务。

2.根据权利要求1所述的复杂水域环境中无人艇航行规划方法，其特征在于：步骤3中的导航设备包括导航雷达、激光雷达、气象站、红外光电、全景摄像机、测深仪中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的复杂水域环境中无人艇航行规划方法，其特征在于：步骤4中，无人艇可航路径规划具体过程如下：

4.1、初始化起点及终点区域，设置最大扩展点数量K和扩展步长t；

4.2：产生第一个节点x_init，在每一次循环中，在整个状态空间X_free内产生一个随机点x_rand；

4.3：在产生随机点后，遍历随机树中的每一个节点，计算每一个节点与该循环生成随机点之间的距离，找出距离此随机点最近的节点，记为x_near；

4.4：当找到x_near时，x_near向x_rand方向扩展步长t，扩展后产生新的节点x_new；

4.5：判断新节点x_new，如果x_new到x_near之间的边任意一个位于碰撞距离扩展之后的障碍空间X_obs中或者与X_obs相交，则此次循环不添加任何节点，在下一次循环中重新生成新的随机点x_new；

4.6：重复4.2至4.5，直到终点在扩展点的范围内或者扩展点的数量超过K，算法结束。

4.根据权利要求3所述的复杂水域环境中无人艇航行规划方法，其特征在于：所述快速搜索随机树算法扩展步长以及碰撞检测的距离，根据无人艇运动性能约束、水域环境复杂度确定。

5.根据权利要求1所述的复杂水域环境中无人艇航行规划方法，其特征在于：步骤5中，若在执行某一任务阶段无法完成下一阶段的规划，则无人艇将在安全航速下航行，等待下一阶段规划完成。