一种无人艇路径规划算法的仿真方法和系统与流程

技术特征：
1.一种无人艇路径规划算法的仿真方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)初始化仿真目标列表，确定仿真目标列表中各个目标的状态信息，状态信息包括目标类型、大小、初始位置和速度，并定义当前时刻为t
n
时刻，初始状态下n＝0；(2)记录t
n
时刻对应的仿真目标列表中各个目标的状态信息；(3)采用路径规划算法，根据输入的任务路径和仿真目标列表中各个目标的t
n
时刻状态信息，计算出规划路径；(4)利用运动仿真方法，根据规划路径和仿真目标列表中各个目标的t
n
时刻的状态信息，计算出仿真目标列表中各个目标在t
n 1
时刻的状态信息；(5)令n＝n 1；若未收到结束指令，则延迟δt时间后跳转到步骤(2)中继续执行；若收到结束指令，则记录t
n
时刻对应的仿真列目标列表中各个目标的状态信息，方法结束。2.根据权利要求1所述的一种无人艇路径规划算法的仿真方法，其特征在于：所述步骤(1)中：仿真目标列表形式为s＝{s1,s2,s3,
…
,s
m
}，其中，s
i
表示仿真目标列表中第i个仿真目标的状态信息，m表示仿真目标总数；i＝1,2,3,
…
,m；其中，s
i
的分量形式为：其中其中，v
n
为目标的北向速度、v
e
为目标东向速度、p
n
为目标北向坐标、p
e
为目标东向坐标，s
a
为目标长轴距离，s
b
为目标短轴距离，k为目标类型；目标类型包括：仿真程序控制目标、路径规划算法控制目标和有人控制目标；在一个仿真过程目标仿真列表中目标数量m≥2，且至少有一个路径规划算法控制目标的目标。3.根据权利要求1所述的一种无人艇路径规划算法的仿真方法，其特征在于：所述步骤(4)中，利用运动仿真方法计算仿真目标列表中各个目标t
n 1
时刻状态的方法如下：(4.1)设定i的初始值为1；(4.2)更新仿真目标列表中第i个目标的状态信息；(4.3)如果i 1小于等于m，则i＝i 1，重复步骤(4.2)；如果i 1大于m，则更新完毕。4.根据权利要求3所述的一种无人艇路径规划算法的仿真方法，其特征在于：所述步骤(4.2)中，更新仿真目标列表中第i个目标的状信息的方法如下：根据仿真目标列表中各个目标的类型不同，采用不同的更新方法，具体如下：
各个目标的目标长轴距离、目标短轴距离和类型不改变；仿真程序控制目标的状态信息更新方程如下：其中，表示t
n 1
时刻第i个目标状态信息；表示t
n 1
时刻第i个目标的北向速度；表示t
n 1
时刻第i个目标的东向速度；表示t
n 1
时刻第i个目标的北向坐标；表示t
n 1
时刻第i个目标的东向坐标；对于路径规划算法控制目标，将步骤(3)的规划路径和第i个目标的t
n
时刻的状态信息输入无人艇运动模型，计算t
n 1
时刻的第i个目标的状态信息：对于有人控制目标，通过有人控制信号改变有人控制目标的北向速度和东向速度，其具体方法为：a＝tan2(v
n
，v
e
) δr
‑
δlδl其中，v和a分别表示改变后的目标合速度和运动方向；分别表示改变后的目标北向速度和东向速度；δf、δb分别对应目标前、后向的速度增量；δr、δl分别对应目标左、右向的角速度速度增量；增量值大小等于外部设备输入的增量大小；其中，relu函数的公式为：x为自变量；t
n 1
时刻的第i个目标的状态信息为：其中，表示t
n
时刻第i个目标改变后的北向速度；表示t
n
时刻第i个目标改变后的东向速度。
5.一种无人艇路径规划算法的仿真系统，其特征在于，包括：第一模块，用于初始化仿真目标列表，确定仿真目标列表中各个目标的状态信息，状态信息包括目标类型、大小、初始位置和速度，并定义当前时刻为t
n
时刻，初始状态下n＝0；第二模块，记录t
n
时刻对应的仿真目标列表中各个目标的状态信息；采用路径规划算法，根据输入的任务路径和仿真目标列表中各个目标的t
n
时刻状态信息，计算出规划路径；第三模块，利用运动仿真方法，根据规划路径和仿真目标列表中各个目标的t
n
时刻的状态信息，计算出仿真目标列表中各个目标在t
n 1
时刻的状态信息；令n＝n 1；若未收到结束指令，则延迟δt时间后返回调用第二模块继续执行；若收到结束指令，则记录t
n
时刻对应的仿真列目标列表中各个目标的状态信息。6.根据权利要求5所述的一种无人艇路径规划算法的仿真系统，其特征在于：所述仿真目标列表形式为s＝{s1,s2,s3,
…
,s
m
}，其中，s
i
表示仿真目标列表中第i个仿真目标的状态信息，m表示仿真目标总数；i＝1,2,3,
…
,m；其中，s
i
的分量形式为：其中其中，v
n
为目标的北向速度、v
e
为目标东向速度、p
n
为目标北向坐标、p
e
为目标东向坐标，s
a
为目标长轴距离，s
b
为目标短轴距离，k为目标类型；目标类型包括：仿真程序控制目标、路径规划算法控制目标和有人控制目标；在一个仿真过程目标仿真列表中目标数量m≥2，且至少有一个路径规划算法控制目标的目标。7.根据权利要求6所述的一种无人艇路径规划算法的仿真系统，其特征在于：第三模块中，利用运动仿真方法计算仿真目标列表中各个目标t
n 1
时刻状态的方法如下：(4.1)设定i的初始值为1；(4.2)更新仿真目标列表中第i个目标的状态信息；(4.3)如果i 1小于等于m，则i＝i 1，重复步骤(4.2)；如果i 1大于m，则更新完毕。8.根据权利要求7所述的一种无人艇路径规划算法的仿真系统，其特征在于：所述步骤(4.2)中，更新仿真目标列表中第i个目标的状信息的方法如下：根据仿真目标列表中各个目标的类型不同，采用不同的更新方法，具体如下：各个目标的目标长轴距离、目标短轴距离和类型不改变；仿真程序控制目标的状态信息更新方程如下：
其中，表示t
n 1
时刻第i个目标状态信息；表示t
n 1
时刻第i个目标的北向速度；表示t
n 1
时刻第i个目标的东向速度；表示t
n 1
时刻第i个目标的北向坐标；表示t
n 1
时刻第i个目标的东向坐标；对于路径规划算法控制目标，将步骤(3)的规划路径和第i个目标的t
n
时刻的状态信息输入无人艇运动模型，计算t
n 1
时刻的第i个目标的状态信息：对于有人控制目标，通过有人控制信号改变有人控制目标的北向速度和东向速度，其具体方法为：a＝tan2(v
n
，v
e
) δr
‑
δlδl其中，v和a分别表示改变后的目标合速度和运动方向；分别表示改变后的目标北向速度和东向速度；δf、δb分别对应目标前、后向的速度增量；δr、δl分别对应目标左、右向的角速度速度增量；增量值大小等于外部设备输入的增量大小；其中，relu函数的公式为：x为自变量；t
n 1
时刻的第i个目标的状态信息为：其中，表示t
n
时刻第i个目标改变后的北向速度；表示t
n
时刻第i个目标改变后的东向速度。

技术总结
本发明提供了一种无人艇路径规划算法的仿真方法和系统，具有仿真过程记录功能，仿真运动目标路径显示功能，自主避障算法规划路径显示，无人艇实艇运动学模型。可模拟无人艇在于其他船只发生交叉、相遇、追越、对抗等需要进行避让的场景。仿真结束后可以通过仿真记录进行回放。改仿真系统方法具有场景可自由编辑，仿真过程可视化，仿真过程中可人为干预等特点。点。点。


技术研发人员：吕腾 李清洲 胡常青 罗辉 张金涛 谢家文 文龙贻彬
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：2021.05.21
技术公布日：2021/9/21