[发明专利]一种水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法

说明书

本发明涉及一种水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法，包括以下步骤：1、获取河道边界信息；2、航行时利用无人艇感知系统实时探测以获取障碍物或会遇船只信息；3、分析会遇态势，判断是否存在碰撞危险；4、对于存在碰撞危险的目标分别计算可行的避碰措施；5、以转向角度小为优选原则，确定初步优选方案和初步被选方案；6、计算初步优选方案和初步被选方案的避让点距离河道边界距离；7、以距离大为优选原则，确定最终避让方案。本发明针对无人艇在河道，即较狭窄多边形区域内的避碰问题，提出了一种避碰决策方法，为无人艇提供避碰方案，并实时输出计算结果，具有良好的实际应用价值，可应用于河道避碰或指定多边形水域的避碰。

技术领域

本发明属于航海导航技术领域，涉及河道航行时的避碰决策方法，尤其是一种水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法。

背景技术

水面无人艇具有体积小、速度快、自主性高、无人员伤亡、活动区域广等优点，在军事方面能够灵活作战、部署机动、使用方便、可跟随战斗舰船出航执行任务，并可以在危险区域或者不适宜派遣有人舰船的区域独立自主执行任务，拓展了海上作战范围，具有良好的性价比，因而越来越多地受到各国海军的重视。

水面无人艇安全航行的一个重要的前提就是水面无人艇能够实现自主避碰功能。作为水面无人艇研究的核心技术之一，水面无人艇自主避碰不仅从一定程度上反映了水面无人艇智能化水平的高低，也是水面无人艇实现自主安全可靠航行的关键技术之一。

在宽度受限的弯曲河道内航行时，无人艇自主避碰较在开阔海域航行时，生成决策的难度更大。如何保障无人艇在河道航行时安全避让危险障碍物是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、实用性强且容易实现的水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法，包括以下步骤：

步骤1、获取河道或指定多边形水域的边界信息；

步骤2、航行时利用无人艇感知系统实时探测以获取障碍物或会遇船只信息；

步骤3、分析会遇态势，判断是否存在碰撞危险；

步骤4、对于存在碰撞危险的目标障碍物或会遇船只分别计算可行的避碰措施；

步骤5、以转向角度小为优选原则，确定初步优选方案和初步备选方案；

步骤6、计算初步优选方案和初步备选方案的避让点距离河道边界距离；

步骤7、以距离大为优选原则，确定最终避让方案。

而且，所述步骤1的河道或指定多边形水域的边界信息为可行河道段或指定航行区域的顺时针多边形顶点经纬度信息。

而且，所述步骤2的障碍物或会遇船只信息包括静态障碍物或动态会遇船只的方位、距离、航速和航向的信息。

而且，所述步骤3的具体方法为：根据无人艇的旋回特性、操控精度以及环境参数，计算安全会遇距离SDA；根据无人航行状态、目标信息，计算最近会遇距离DCPA和最近会遇时间TCPA；比较DCPA和SDA的大小，如DCPA＜SDA则存在避碰危险，进入步骤4；反之无避碰危险则返回步骤2。

而且，所述步骤4的具体为：在不变速的情况下，给出分别从目标左侧或右侧安全驶过的转向避让方案。

而且，所述5的具体方法为：对比从目标左侧或从目标右侧安全驶过的转向角度，转向角度相对小的确定为初步优选方案，转向角度相对大的确定为初步备选方案。

而且，所述步骤6计算初步优选方案和初步备选方案的避让点距离河道边界距离的具体步骤包括：