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水面无人艇基于优化的协同策略及实现的初步研究
| 论文题名： | 水面无人艇基于优化的协同策略及实现的初步研究 |
| 关键词： | 水面无人艇;协同策略;路径优化;遗传算法 |
| 摘要： | 近年来，海洋权益及海洋环境保护问题日益突出，无人水面艇（USV）作为信息化及智能化的产物，可以广泛应用于环保监测、科研勘探、水下测绘、搜索救援、安防巡逻乃至军事应用领域，其研究受到了普遍重视。但是单艘艇艇载设备有限，只能完成简单任务，使用多艘无人艇进行协同任务可以有效克服单艘艇的任务能力限制。多艘无人艇通过搭载不同模块和设备，可以充分获取宽广海域的信息，分工协作完成任务，增强了海上自主系统的多样性，提高了作业的整体效能。国内在无人艇协同系统及协同作业策略的研究方面几乎空白，本文基于此现状进行了如下的研究工作： （1）设计并制作了一种艇型优良且具有协同功能的双体船，对该船的操纵系统，推进系统进行了设备的选型和设计分析。选取了基于 windows系统的XP-8741型PAC作为该船的核心控制器，用C++编写了智能控制系统程序实现了该船的半自主规划航行。 （2）基于遗传算法，考虑到无人艇实际航行中的转弯过程，对无人艇从起点位姿状态（位置和艏向角）转换到终点位姿状态（位置和艏向角）的路径优化问题进行了探讨，提出了一种CLC路径规划策略，建立了两个航点间的路径优化数学模型，进行了路径优化情况的分析，并编写了两点间路径优化仿真平台软件，验证了该优化数学模型的可行性。 （3）对基于优化的无人艇协同策略进行了探讨和分析。基于层次分解策略将协同搜索分为任务分配和路径规划两个子问题，其中任务分配采用基于分层模糊评判的方法进行求解，路径规划根据搜索的方式不同，在覆盖式搜索方式下采用沿着任务区域长边，即能耗最小的路径搜索方法进行求解，在非覆盖式搜索方式下基于概率图预测规划的航点，将其转换为TSP路径的优化问题进行求解。同时，本文提出了一种基于路径参数协同的编队控制策略。 （4）完成了一种基于概率图预测的协同搜索任务场景的实验，基于贝叶斯定理更新概率图，且在实验的过程中，展示了协同系统的操作方法和步骤，验证了协同系统的可靠性。 |
| 作者： | 陈燚 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 杨松林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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