浅水区域无人探测艇编队巡航路径规划研究

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1、硕士学位论文浅水区域无人探测艇编队巡航路径规划研究作者姓名包昕幼学科专业通信与信息工程指导教师韦岗教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月StudyonCruiseRoutePlanningofUnmannedExplorationVesselFormationinShallowWaterAreaADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：BaoXinyouSupervisor：Prof.WeiGangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP

2、242学校代号：10561学号：201520108966华南理工大学硕士学位论文浅水区域无人探测艇编队巡航路径规划研究作者姓名：包昕幼指导教师姓名、职称：韦岗教授申请学位级别：全日制学术型硕士学科专业名称：通信与信息系统研究方向：水下通信与超声探测论文提交日期：2018年4月10日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：丁泉龙教授委员：韦岗、曹燕、王一歌摘要我国幅域辽阔，江海众多，水资源丰富。政府将海河开发作为社会发展的重点战略之一。近海、沿江及湖泊等浅水区域是主要的经济活动区，由于河流和海浪的冲刷较为频繁，经常需要无

3、人探测艇执行探测任务。近海等水域主要特点是地形复杂、礁石多、水浅。大型无人探测艇由于针对深水探测，探测设备发射功率大导致体积庞大且沉重，吃水深，在浅水区域容易造成搁浅问题。而对于某些狭窄区域，大型无人探测艇无法通过，因此无法探测。本课题基于实验室自主开发的小型无人探测艇，研究无人探测艇编队执行巡航探测任务。在此过程中，由于障碍物及特殊地形的存在，需保证无人艇不发生碰撞或搁浅。本文以此为背景，设计了基于往返式算法、A-star算法的路径规划以及基于模糊算法的避障系统，并用实验室开发的小型无人艇进行了初步实验。论文主要研究内容如下：1.由于近海地形复杂，存在断崖式等特殊水下地形，单

4、无人探测艇探测角度单一，可能采集到不准确数据。因此，本文提出无人艇编队执行巡航探测任务，实现多角度探测。对无人艇编队运动模型做了分析，针对动态无人艇之间可能发生的碰撞制定了避障策略。2.针对区域覆盖问题的研究，在对常见的全覆盖路径规划分析后，采用了往返式覆盖算法作为覆盖方法。而水域由于障碍物的存在，会存在未覆盖区域。在对常见的的点到点路径规划分析后，采用改进的A-star算法给无人探测艇规划一条路径到达指定区域。通过Matlab仿真证明上述算法融合后可实现区域的无碰撞全覆盖。3.水面环境复杂多变，无人探测艇需避免与可能出现的障碍物发生碰撞。针对上述问题本文设计了模糊控制系统，该

5、避障系统在传统水面障碍物规避的基础上，添加了水下暗礁规避和特殊地形的规避。4.基于实验室开发的无人探测艇，根据多无人艇系统的通信需求和探测需求参与了实物开发。通过Matlab仿真验证了编队情况下无人艇区域覆盖的可行性与可靠性，并利用实验室开发的无人探测艇进行了初步实验。关键词：无人艇；编队；全覆盖路径规划；避障；A-starIABSTRACTChinaisavastcountrywithnumerousriversandseasandabundantwaterresources.Thegovernmentregardsseasandriversdevelopmentasoneo

6、fthekeystrategiesforsocialdevelopment.Shallowwaterareassuchasoffshore,riversandlakesarethemaineconomicactivityareas.Becausetheyarewashedfrequentlybyriversandwaves,unmannedsurfacevehicle(USV)oftenneedtoperformexplorationmissions.Themaincharacteristicsofshallowwaterareas,suchasoffshore,arethec

7、omplexterrain,manyreefsandshallowwaters.Large-scaleUSV,duetodeepwaterdetection,havelargeemissionpowerduetolargeemissionpowerofthedetectionequipment,andhavedeepdraughts,whichmaycausestrandingproblemsinshallowwaterareas.Forsomenarrowareas,largeUSVcan