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考虑海流影响的AUV航路规划方法研究
| 论文题名： | 考虑海流影响的AUV航路规划方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;航路规划;窄带水平集;海流动态 |
| 摘要： | 自主水下航行器(AUV)通常工作在复杂多变的水下海洋环境中，其在航行过程中不可避免会受到周围海洋环境要素的影响，其中海流是对AUV航行影响较大的环境要素之一。海流的动态性会影响AUV的航行速度和稳定性，特别是当AUV在水下遇到强海流时会危及其航行安全。因此，AUV在水下航行时必须考虑海流的影响。本文针对海流影响下的AUV时间最优航路规划问题，研究了基于水平集的航路规划方法。具体研究内容及工作如下: 首先，详细介绍了水平集方法的基本理论，分析了水平集的数据结构，给出了水平集偏微分方程的数值离散形式，并总结分析了常用的水平集重新初始化方法。 其次，针对传统的水平集方法速度较慢的问题，对水平集方法进行了改进，提出一种适用于路径规划的改进窄带水平集方法。通过选择合适的窄带宽度，并将改进后的快速行进法和快速扫描法应用于窄带内水平集函数的重新初始化，提高了窄带初始化过程的效率和精度。 再次，基于改进后的水平集，设计了一种考虑海流影响的AUV二维航路规划方法。通过结合海流场和AUV航行速度修改水平集偏微分方程，应用Godunov差分格式对水平集方程进行数值化求解，从AUV航行起点处的窄带区域内演化和周期性的重新初始化水平集函数，从而不断演化零水平集直至在目标点处收敛，然后通过后向迭代求解跟踪方程，从而得到AUV的时间最优航行路径。仿真实验结果表明，改进后的窄带水平集方法进行航路规划时具有求解效率高和稳定的特点。 最后，设计了基于水平集的AUV三维航路规划算法，并分别基于模拟数据和真实地形与海流数据对算法的性能进行了测试。实验结果表明本文提出的方法对于求解存在连续海流场和障碍物下的路径规划问题是可行和有效的。 |
| 作者： | 孙天龙 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 刘厂;李威 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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