水下无人航行器快速航路规划方法研究

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1、分类号学号M201372365学校代码密级硕士学位论文水下无人航行器快速航路规划方法研究学位申请人：邱牧言学科专业：控制工程指导教师：蔡超副教授答辩日期：2015.5.27AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringResearchonFastRoutePlanningforUnderwaterUnmannedVehiclesCandidate:QiuMuyanMajor:SoftwareEngineeringS

2、upervisor:Assoc.Prof.CaiChaoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校

3、有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要航路规划技术是决定水下无人航行器(UUV)智能化水平高低的关键技术，它是自主导航中的一个重要组成部分，对于水下无人航行器来说，在有障碍物以及其

4、它限制条件存在的条件下沿着一条安全隐蔽、耗费代价小的路径是很重要的，但是寻找出这样一条航路是很复杂的。本文主要研究海洋环境下水下无人航行器的快速航路规划方法，先为海洋环境建立规划空间模型，然后在该模型上进行航路规划方法研究。在论文中，首先对水下无人航行器航路规划的研究背景、意义以及国内外研究现状进行了介绍，并简要描述了几种具有代表性的航路规划算法。同时分析了复杂海洋环境下的航路规划问题，就如何为复杂海洋环境构建一个合理的环境模型这一问题展开了研究。先对环境模型数据来源矢量电子海图进行了介绍，然后详细说明了复杂海洋环境模型建立过程，按所有的网格尺度

5、大小一致的原则对整个规划区域进行等网格划分，再对每个网格进行环境约束区域属性标记。在复杂海洋环境模型的基础上，本文提出了基于通视性分析的快速航路方法，该方法使用“边走边看”的策略，对航行器的当前位置和目标点进行通视性检查，然后决定如何前进。经过多次通视性检查后，航行器可以避开各种环境约束区域到达目标点。该方法针对海洋环境范围大但各种约束区域分布比较稀疏的特点十分有效，它的主要优点就是规划速度很快。但是由于“边走边看”的策略本质上是一种“贪心”算法，其规划结果的最优性难以得到保证。在通视性检查的基础上，本文又提出了基于通视代价估计的启发式航路规划方

6、法，该方法利用通视代价作为搜索启发信息，可以保证规划结果的全局最优性。本文对这两种方法进行了多组对比实验，并对实验进行了详细分析。实验表明：基于通视性分析的快速航路方法规划速度较快，但航路的最优性打了折扣；基于通视代价估计的启发式航路规划方法虽然速度比前者要慢，但规划出的航路的性能明显优于前者。本文最后介绍了水下无人航行器航路规划系统，包括系统模块设计、系统的整I华中科技大学硕士学位论文体流程、系统界面设计等，展示了航路规划结果以及二维、三维仿真效果。关键词：水下无人航行器；航路规划；海洋环境；A*算法；通视性方法；II华中科技大学硕士学位论文A

7、BSTRACTAsamaincomponentofautonomousnavigationsystem，pathplanningplaysanimportantroleinUnderwaterUnmannedVehicle(UUV).ForanUUVtoperformascheduledtask，inthepresenceofobstaclesandotherconstraints,findingasafeandefficientpathisaveryimportantandcomplexwork.Inthispaper,theproblemso

8、ffindinganoptimalpathforanUUVunderoceanenvironmentisdiscussed.FirstE