基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制算法

摘要

本发明提出一种基于椭圆聚类‑碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法。在海洋环境下，无人艇所面对的动态障碍主要是船只，船只的长轴与短轴比例悬殊，因此本发明对动态船只障碍物进行椭圆聚类；在此基础上，根据无人艇自身航向、速度和聚类椭圆体线速度、公转速度和自转速度计算无人艇和障碍物船只的碰撞的运动角度，迭代所有可能碰撞的角度生成碰撞锥来对无人艇进行避障规划。

主权项

一种基于椭圆聚类‑碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法，其特征在于操作步骤如下：第1步在软件中对动态船只障碍物按照其尺寸形态进行聚类成动态椭圆障碍物，并且采集其运动状态；第2步规划系统初始参数，包括目标距离、目标之间的方位角、质点速度‑‑无人艇速度、椭圆速度‑‑动态障碍物速度、椭圆长轴、椭圆短轴、质点速度方向‑‑无人艇速度方向、椭圆速度方向‑‑动态障碍物速度方向；第3步根据椭圆的相关参数确定椭圆的两个焦点位置‑‑焦点C1和焦点C2，并且计算两个焦点与无人艇质点之间的方位角；第4步根据椭圆两个焦点与无人艇质点之间的位置关系分别计算出两个焦点与无人艇质点之间的相对距离；第5步根据椭圆和无人艇质点的运动状态以及位置关系分别计算出无人艇质点与椭圆中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变化速度和相对方位角的变化速度；第6步通过以上得出的无人艇质点和椭圆动态障碍物之间的相对参数，利用推演的点和椭圆之间的碰撞锥计算方法对两者进行碰撞检测，并计算出碰撞锥区间；第7步通过第6步计算的碰撞结果，依据所得出的碰撞锥区间，无人艇采取相应的措施；第8步按照动态障碍物的运动状态重复第2步到第7步；当无人艇所搭载的传感器检测到动态船只障碍物的运动状态发生改变，则应当重新进行碰撞计算。