一种无人艇及无人艇编队在线航迹规划方法及系统与流程

技术特征：
1.一种无人艇在线航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：在无人艇的感知域内选取子目标点；在无人艇的感知域内采用均匀分布的随机函数选取无碰撞的初始采样点；采用人工势场法调整所述初始采样点，获得调整后的采样点；判断调整后的采样点与障碍物的距离是否大于安全距离，获得第一判断结果；若所述第一判断结果表示是，则采用rrt*规划器将航迹向调整后的采样点扩展预设距离；若所述第一判断结果表示否，则采用rrt*规划器将航迹向初始采样点扩展预设距离；返回步骤“在无人艇的感知域内采用均匀分布的随机函数选取无碰撞的初始采样点”，直到航迹规划时间用完。2.根据权利要求1所述的无人艇在线航迹规划方法，其特征在于，所述采用人工势场法调整所述初始采样点，获得调整后的采样点，具体包括：基于人工势场法构建合势场；根据合势场计算无人艇受到的合力；利用所述合力对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点；其中，第0次调整后的采样点为初始采样点；判断i的数值是否小于调整次数阈值，获得第二判断结果；若所述第二判断结果表示是，则令i的数值增加1，返回步骤“利用所述合力对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点”；若所述第二判断结果表示否，则输出第i次调整后的采样点。3.根据权利要求2所述的无人艇在线航迹规划方法，其特征在于，所述基于人工势场法构建合势场，具体包括：判断无人艇与障碍物的距离是否大于避障半径，获得第三判断结果；若所述第三判断结果表示是，则采用人工势场法构建子目标点产生的引力势场作为所述合势场；若所述第三判断结果表示否，则采用人工势场法构建子目标点产生的引力势场和障碍物产生的斥力势场的合势场。4.根据权利要求2所述的无人艇在线航迹规划方法，其特征在于，所述利用所述合力对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点，具体包括：根据所述合力，利用公式q
rs,i
＝q
rs,i-1
λ(f
total
/|f
total
|)，对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点；其中，q
rs,i-1
和q
rs,i
分别表示第i-1次调整后和第i次调整后的采样点；f
total
表示合力，λ表示调整率。5.一种无人艇在线航迹规划系统，其特征在于，包括：子目标点选取模块，用于在无人艇的感知域内选取子目标点；初始采样点选取模块，用于在无人艇的感知域内采用均匀分布的随机函数选取无碰撞的初始采样点；初始采样点调整模块，用于采用人工势场法调整所述初始采样点，获得调整后的采样点；
第一判断模块，用于判断调整后的采样点与障碍物的距离是否大于安全距离，获得第一判断结果点；第一航迹扩展模块，用于若所述第一判断结果表示是，则采用rrt*规划器将航迹向调整后的采样点扩展预设距离；第二航迹扩展模块，用于若所述第一判断结果表示否，则采用rrt*规划器将航迹向初始采样点扩展预设距离；返回模块，用于调用初始采样点选取模块，直到航迹规划时间用完。6.根据权利要求5所述的无人艇在线航迹规划系统，其特征在于，所述初始采样点调整模块，具体包括：合势场构建子模块，用于基于人工势场法构建合势场；合力计算子模块，用于根据合势场计算无人艇受到的合力；采样点调整子模块，用于利用所述合力对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点；其中，第0次调整后的采样点为初始采样点；第二判断子模块，用于判断i的数值是否小于调整次数阈值，获得第二判断结果；返回子模块，用于若所述第二判断结果表示是，则令i的数值增加1，调用采样点调整子模块；调整后的采样点输出子模块，用于若所述第二判断结果表示否，则输出第i次调整后的采样点。7.根据权利要求6所述的无人艇在线航迹规划系统，其特征在于，所述合势场构建子模块，具体包括：第三判断子模块，用于判断无人艇与障碍物的距离是否大于避障半径，获得第三判断结果；第一合势场构建单元，用于若所述第三判断结果表示是，则采用人工势场法构建子目标点产生的引力势场作为所述合势场；第二合势场构建单元，用于若所述第三判断结果表示否，则采用人工势场法构建子目标点产生的引力势场和障碍物产生的斥力势场的合势场。8.根据权利要求6所述的无人艇在线航迹规划系统，其特征在于，所述采样点调整子模块，具体包括：采样点调整单元，用于根据所述合力，利用公式q
rs,i
＝q
rs,i-1
λ(f
total
/|f
total
|)，对第i-1次调整后的采样点进行调整，获得第i次调整后的采样点；其中，q
rs,i-1
和q
rs,i
分别表示第i-1次调整后和第i次调整后的采样点；f
total
表示合力，λ表示调整率。9.一种无人艇编队在线航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：根据无人艇编队中每个成员艇的位置和感知域，确定虚拟领航者的位置和无人艇编队的感知域；根据虚拟领航者的位置和无人艇编队的感知域，采用权利要求1-4任一项所述的无人艇在线航迹规划方法规划所述虚拟领航者的局部航迹；无人艇编队中的每个成员艇分别根据所述无人艇与虚拟领航者的相对位置和所述局部航迹，确定每个所述无人艇在下一时刻的期望位置；
采用rrt*算法和所述人工势场法确定扩展每个所述无人艇的航迹至每个所述无人艇的期望位置。10.一种无人艇编队在线航迹规划系统，其特征在于，包括设置在每个成员艇上的导航模块、运动控制模块、实时感知模块、紧急制动模块和数据存储模块，设置在艇载工控机上的在线航迹规划模块和网络报文调度模块，所述艇载工控机设置在无人艇编队中的任意一个成员艇上；每个成员艇的导航模块、运动控制模块、实时感知模块、紧急制动模块和数据存储模块分别通过所述网络报文调度模块与所述在线航迹规划模块连接；所述在线航迹规划模块用于根据无人艇编队中每个成员艇的位置和感知域，确定虚拟领航者的位置和无人艇编队的感知域；根据虚拟领航者的位置和无人艇编队的感知域，采用权利要求1-4任一项所述的无人艇在线航迹规划方法规划所述虚拟领航者的局部航迹。

技术总结
本发明涉及了一种无人艇及无人艇编队在线航迹规划方法及系统，无人艇在线航迹规划方法包括如下步骤：在无人艇的感知域内选取子目标点；在无人艇的感知域内采用均匀分布的随机函数选取无碰撞的初始采样点；采用人工势场法调整所述初始采样点，获得调整后的采样点；采用RRT*规划器对航迹进行扩展。本发明基于RRT*算法和人工势场法实现无人艇航迹的在线快速规划。规划。规划。


技术研发人员：温乃峰 张汝波 王帅 刘冠群 吴俊伟 王丽媛 赵玲玲
受保护的技术使用者：大连民族大学
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/2/8