未知环境下无人水下航行器避碰行为决策方法研究

摘要

在未知环境下，无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)的自主避碰能力是保证其安全有效完成使命任务的前提和基础。通常根据声呐探测到的环境信息自主完成行为决策，使UUV无碰撞地驶向目标。但是，由于环境的未知性和时变性，一方面增加了自主避碰行为决策的复杂性，另一方面，也为UUV实时高效地规避障碍带来了相当的难度，深入研究未知环境中UUV避碰行为决策方法具有重要的理论和实际意义。本文的主要研究工作如下：
　　首先，基于UUV避碰行为的国内外研究现状，从未知静态环境下UUV避碰问题入手，建立环境模型，设计了UUV反应式避碰行为决策算法。
　　其次，根据多波束声呐的工作原理建立了极坐标系，用以快速对环境信息做出判断；并根据实际的需求，将最小转弯半径引入UUV自主避碰行为决策，并完成对UUV预测航估，分析并提出了UUV运动行为可行性判定准则。
　　然后，针对未知静态障碍环境中的避碰问题，应用了反应式避碰行为决策算法。通过设定的评价函数确定UUV航行中的子目标点；针对算法中存在的极小值问题，且该问题也是大部分实时避碰方法的特点，本文提出了边界记忆法来解决。通过仿真实验证明了UUV躲避未知静态障碍的可行性。
　　最后，在反应式算法的基础上，针对未知的动态障碍，设计了避碰策略。在仿真实验中加入未知的动、静态障碍，并得到很好的仿真效果。实验表明本文设计的避碰算法的有效性和可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 UUV研究现状

1.3 避碰问题的国内外研究现状

1.4 未知环境下的避碰方法研究

1.5 论文主要内容与章节安排

第2章 UUV避碰行为决策的理论基础

2.1 引言

2.2 多波束声呐及其探测视域

2.3 环境模型与坐标变换

2.4 UUV路径可行性判断

2.5 本章小结

第3章 未知静态环境中UUV避碰行为决策研究

3.1 引言

3.2反应式避碰行为决策算法设计

3.3 反应式避碰行为决策算法仿真验证

3.4 本章小结

第4章 UUV反应式避碰行为决策方法改进

4.1 引言

4.2 震荡现象的逃逸研究

4.3 边界记忆法

4.4 仿真实验验证

4.5 本章小结

第5章 未知动态环境中UUV避碰行为决策研究

5.1 引言

5.2 动态障碍的处理与运动预测

5.3 UUV对动态障碍的避碰行为决策方法研究

5.4 动态障碍环境下UUV避碰行为决策仿真验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果

致谢