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原文传递 UUV水下回收过程中路径规划方法的研究

论文题名：	UUV水下回收过程中路径规划方法的研究
关键词：	无人水下航行器;路径规划;水下回收;可搜索邻域;改进式A*算法
摘要：	随着科学技术的高速发展，无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)无论是在军事领域还是在民用方面都越来越受到国家以及个人的关注，而路径规划是UUV能够完成多样性使命任务的重要保障。为此，针对UUV路径规划中存在的问题进行深入的研究，对于UUV无论是在控制理论还是在工程实际应用都具有重要的意义。　　UUV路径规划是在一定的海洋工作环境下，根据具体问题所设计的约束条件，搜索出从指定起始点到目标点没有碰撞危险的最优路径(或次优路径)。本文以 UUV水下回收过程为背景，通过分析UUV水下回收过程中路径规划的特点，将UUV由作业任务完成点到水下回收平台尾部的路径规划划分为三个问题研究，从而提出了UUV水下回收过程中路径规划的方法。本文主要研究内容如下：　　首先，介绍UUV回收工作过程，并以此为基础，对UUV由任务完成点到水下回收平台尾部的路径规划问题进行详细的分析。从而分为针对已知海洋环境下的静态路径规划问题、针对运动障碍物避障的动态路径规划问题和针对到达水下回收平台尾部必须具有一定艏向要求的路径规划问题。然后在已有的UUV运动学模型的理论基础上，考虑到海流对UUV运动的影响以及UUV自身存在高度非线性的问题，建立数学模型，为后续的路径规划提供数学基础。　　其次，利用改进式A算法设计出UUV水下回收过程中已知海洋环境下的静态路径规划方法，从而实现已知海洋环境下的静态路径规划。首先对传统A算法原理进行介绍，然后在此基础上分析传统A算法存在的缺点以及考虑到所规划路径的适航性，引入对可搜索邻域的研究。将可搜索邻域与A算法相结合设计回收过程中已知海洋环境下的静态路径规划方法，并且分别对路径代价函数和启发函数进行设计；最后通过设计仿真实验，验证方法的可行性。　　再次，针对运动障碍物避障的动态路径规划问题，根据前视声呐传感器获得的UUV周围环境信息采用滚动栅格地图进行动态环境建模，利用D-S证据理论对栅格单元的状态进行实时更新；依据障碍物与UUV的相对运动关系和UUV的安全需求，制定动态避障策略。在基于生物启发模型的避障路径规划中，考虑UUV自身机械特性，提出改进的生物启发模型的动态避障，并依据避碰检测机制，实现UUV动态避障；最后通过设计仿真实验，验证方法的可行性。　　最后，针对UUV到达水下回收平台尾部必须具有一定艏向要求的问题，提出一种基于人工势场法导引的方法。通过水下回收平台的尺寸以及UUV自身尺寸在水下回收平台尾部设定一个可以满足UUV艏向要求的可航行圆弧，使UUV在人工势场法的规划下航行到到圆弧上，然后UUV沿圆弧轨道安全航路到达水下回收平台尾部。针对水下回收过程中的规划方法进行协调，最后通过设计仿真实验，验证算法的可行性。
作者：	王秀芳
专业：	控制科学与工程
导师：	张伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文