基于海图数据的AUV全局路径规划方法研究

摘要

自治式水下机器人作为重要的潜水设备,它的研究不仅有重要的经济意义,也是军事和政治的迫切需要.本文所阐述的内容是在海洋非线性、非结构环境下自治式水下机器人(AUV)全局路径规划技术,以及AUV仿真管理计算机软件系统的研制开发.本文讨论了采用基于栅格类环境描述的激活值传播算法进行海洋环境下的路径规划,并给出了无海流情况下规划所得路径的仿真曲线,同时提出海流影响下的路径规划的解决方法,以及三维路径规划的方法.路径规划是人工智能研究的一个经典问题,将遗传算法(genetic algorithm,GA)应用于路径规划是一个很有意义的研究方向.本文也讨论了采用改进遗传算法进行全局路径规划的方法.最后就激活值传播算法与遗传算法在全局路径规划中的应用进行了分析和比较.以电子海图为核心模块的AUV仿真管理计算机软件系统的研制开发不仅提高了人机界面的质量,而且该系统无论对全局路径规划算法还是对AUV在海洋环境下的动态控制策略都是一个很好的检验平台.

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外AUV的研究状况

1.2.1国外AUV的研究状况

1.2.2国内AUV的研究状况

1.3本课题的研究意义

1.4作者的主要工作和论文的组织

第2章全局路径规划方法研究

2.1引言

2.1.1路径规划的定义

2.1.2路径规划问题的分类

2.2与路径规划算法相关的问题

2.2.1位姿空间

2.2.2环境表达

2.2.3传统路径规划方法

2.2.4智能路径规划方法

2.2.5搜索策略

2.3本章小结

第3章基于激活值传播算法的全局路径规划

3.1并行激活值传播算法

3.1.1算法描述

3.1.2算法证明

3.1.3算法的效率

3.2串行激活值传播算法

3.2.1改进AP算法的方法

3.2.2算法描述

3.2.3算法效率

3.3计算机仿真

3.3.1迷宫环境

3.3.2凌乱环境

3.3.3模拟海洋环境

3.4基于海图数据用AP算法实现全局路径规划

3.4.1搜索空间构造

3.4.2路径规划结果

3.5海流影响下基于AP算法的路径规划

3.5.1海流对水下机器人的影响

3.5.2海流影响下的AP算法实现

3.5.3海流影响下的规划结果

3.6基于AP算法的三维路径规划

3.7本章小结

第4章基于遗传算法的全局路径规划

4.1遗传算法

4.1.1遗传算法简介

4.1.2单纯GA的基本步骤

4.1.3模式定理

4.1.4遗传算法的性能评估

4.2基于遗传算法的全局路径规划

4.2.1离散空间下基于遗传算法的全局路径规划

4.2.2栅格环境下用改进的遗传算法实现全局路径规划

4.2.3海流影响下基于遗传算法的路径规划

4.2.4AP算法与遗传算法在路径规划应用中的分析和比较

4.3本章小结

第5章基于电子海图的AUV全局路径规划仿真

5.1引言

5.2数字化半物理仿真平台结构

5.3 AUV仿真管理系统开发

5.3.1电子海图简介

5.3.2海图显示模块

5.3.3航线规划模块

5.3.4海图复视模块

5.3.5运动仿真模块

5.4基于电子海图的AUV全局路径规划

5.4.1海洋环境信息分析

5.4.2基于电子海图的AUV全局路径规划仿真

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢