[发明专利]一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法

说明书

本发明涉及一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法，步骤为：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；2、进行无人艇航行任务阶段划分；3、无人艇在导航能力覆盖内的航行海域，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；4、根据步骤3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；5、利用滚动窗口策略，执行已规划完成的前一阶段的规划路线，同时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。本发明为无人艇的在复杂水域环境构建提供了有效的解决方案。

技术领域

本发明属于无人艇智能航行领域，具体涉及一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法。

背景技术

无人艇是一种能够在海洋环境下自主航行，并完成各种任务的小型水面运动平台，运用现代智能控制技术，可以实现自主航行，进行一系列任务应用。水面无人艇作为多功能应用平台能够替代有人艇进行一系列水面作业和特定任务，无人艇具有速度快、操纵灵活和自动化程度高的特点，目前很多国家都开展了无人艇技术和应用方面的研究，随着无人艇智能化水平不断提高，无人艇对国防安全和军事领域具有重大意义。无人艇在执行作业或作战任务时面临着诸多挑战，既要求无人艇能够对海洋环境进行感知，又要求无人艇能够在航行水域环境中进行航路规划，特别是在复杂水域环境下，基于电子海图的环境信息无法涵盖完备的水域环境信息。

现有的无人艇航行规划算法一方面主要是针对航行水域已知环境信息进行建模，并进行全局路径规划；另一方面主要是对局部环境信息的探测进行局部路径的规划。全局路径规划算法依赖于已知静态的水域环境信息，无法获取完备的航行环境信息，最终规划路径存在潜在威胁。对于复杂多变的水域环境，局部路径规划算法需要依托导航设备实时获取环境信息，并更新航行水域环境模型，单纯的局部路径规划无法完成复杂水域的航行任务。

针对复杂水域环境中无人艇自主航行应用需求，解决复杂水域环境建模与路径规划问题成为无人艇在复杂水域环境航行的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种复杂水域环境中无人艇航行规划方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

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3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；