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复杂海洋环境中的无人船自主扫海路径规划研究
| 论文题名： | 复杂海洋环境中的无人船自主扫海路径规划研究 |
| 关键词： | 无人水面航行器;扫海路径;复杂海洋环境;仿真计算 |
| 摘要： | 扫海作业是对目标水域地形的探测过程，传统的扫海作业是通过船舶携带海洋探测设备进行的，由于海洋环境的恶劣，工作强度和成本非常高，采用无人航行器进行扫海探测会节约大量成本，提高效率，特别是水面无人船（简称USV）对浅水航区的适应性和通讯与控制的可实现性，有望在未来扫海作业中得到大量的应用。但是风、浪、流所带来的影响对无人船不可忽视，因此自主扫海中计及风、浪、流的影响，以及海底地形的影响成为必然。 本文针对USV扫海作业研究了考虑上述因素的USV的路径规划、单区域覆盖和多区域覆盖路径规划的特点，构建了相应的数学方法，并通过仿真试验验证了所研究的方法的有效性和可行性。 本文主要开展了以下方面的研究工作： 首先，确立USV路径规划的基本原则，即最少转向次数、最短路径和匀速运动的有机平衡。为达此目的，本文使用STAR-CCM+软件采用CFD方法计算了USV的静水阻力，以此为基础，完成了USV的气动阻力计算，并与风洞试验数据进行了对比验证。对比结果说明了仿真计算的有效性，可作为路径规划的输入参数。 其次，对现有典型的USV障碍物传感器数据进行了分析，进行了电子海图与典型USV障碍物传感器信息的有机融合，搭建了栅格化的USV环境地图。 再次，进行了复杂海洋环境中区域间移动路径规划方法研究。建立了无人船在风浪流环境和回转性能约束下的路径规划模型，并进行了仿真验证，仿真结果说明了算法的可行性。 最后，进行了USV扫海区域覆盖路径规划方法研究。考虑多种障碍物和海底地形情况，并构建了一种改进的单区域及多区域USV扫海区域覆盖路径规划方法。进行了仿真验证，仿真结果说明了方法的有效性。 结果表明：本文提出的方法能够实现USV高效全面的完成扫海区域覆盖。 |
| 作者： | 林玉龙 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 邹劲 |
| 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 |
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