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面向水面多目标的无人艇避碰航迹规划算法研究
| 论文题名： | 面向水面多目标的无人艇避碰航迹规划算法研究 |
| 关键词： | 水面无人艇;多目标;数据关联;模型预测控制;航迹规划 |
| 摘要： | 避碰航迹规划是水面无人艇领域的研究热点。无人艇需实时跟踪周围运动目标位置，结合静止障碍信息，规划出安全、经济、合理的航迹以在避免碰撞的前提下满足任务需求。本文主要研究一种面向水面多运动目标避碰的无人艇航迹规划算法。研究内容包括三个方面： （1）提高水面多目标跟踪精度。在传统雷达传感器的基础上，引入数据精确度更高的AIS，采用顺序多传感器JPDA算法对二者数据关联，降低运动目标的跟踪误差。提出基于距离加权计算关联概率的改进方法，抑制了JPDA算法的协方差矩阵膨胀现象，提升了密集杂波环境下目标跟踪的准确性。 （2）确定水面多目标避碰优先级。采取贝叶斯正则化BP神经网络量化运动目标碰撞危险度，使用最近会遇距离、最近会遇时间等关键参数作为网络输入，危险度值作为输出，经过样本训练，网络可根据当前态势信息较为准确地计算各目标危险度值，从而确定各目标避碰优先顺序。 （3）提出一种无人艇局部避碰航迹规划算法。参照模型预测控制方法的预测模型和滚动优化思想，算法设计分为航迹树生成和惩罚值函数设计两部分。算法融合了前两部分的研究成果，设计了避碰、航迹对齐、航迹变更三个惩罚值函数，动态选择航迹树中的最优航迹，以在满足安全性要求的同时，兼顾时间和路程上的经济性。 实验验证算法在目的地到达、目标侦察、目标拦截等应用场景下的有效性。实验结果表明，本文设计的航迹规划算法在以上场景下效果良好，且能适应比较复杂的多目标环境，具备一定的应用价值。 |
| 作者： | 王杰瑞 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 吴盘龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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