1.一种基于SBG和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法,定义SBG为集合制导,其特征在于,包括步骤:
(1)获取无人船和障碍物的速度信息和位置信息,并根据SBG切换方法判断无人船选择路径跟踪模式还是避碰模式;
(2)若无人船无碰撞危险,则选择路径跟踪模式,朝目标点移动;若需要规避障碍物,则选择避碰模式,并根据国际海上避碰规则判断会遇局面,并确定无人船从哪一侧绕过障碍物;
(3)以障碍物的禁止区域半径为参考半径,建立以障碍物中心为圆心的内圆,通过分别从无人船和下一路径点向内圆作切线得到交点的方法求得避碰路径点,并根据无人船绕行方向选择避碰路径点;
(4)通过瞄准线制导算法求取无人船规避障碍物时所需的艏摇角度;
(5)根据无人船方向舵和螺旋桨的限制,求得无人船的动态窗口,并基于动态窗口求得艏向窗口;
(6)将无人船到达避碰路径点所需的艏摇角度与艏向窗口进行比较,若艏摇角度在艏向窗口内,则无人船按该角度行驶;反之,则根据COLREGS规则,无人船采取艏向窗口的最大或最小艏向角行驶;
(7)判断无人船是否到达避碰路径点,若无人船到达避碰路径点,则恢复到轨迹跟踪模式,反之,则转到步骤4继续规避障碍物。
2.根据权利要求1所述的基于SBG和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法,其特征在于,所述步骤1中,所述SBG切换方法具体为:当无人船与障碍物的距离在100m以内,且随时间变化距离逐渐缩短时,无人船从路径跟踪模式切换到避碰模式;否则,无人船保持路径跟踪模式,以固定的速度向下一路径点航行。
3.根据权利要求1所述的基于SBG和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法,其特征在于,所述步骤2中,所述会遇局面包括追越局面、对遇局面和交叉局面。
4.根据权利要求1所述的基于SBG和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法,其特征在于,所述步骤5中具体计算方法为:根据无人船的方向舵限制,计算在时间窗口Ts内无人船从当前角速度能达到的角速度范围Vd;根据无人船的螺旋桨限制,计算在时间窗口Ts内无人船从当前角速度能达到的角速度范围Vs;则无人船的动态窗口为两个角速度窗口的交集;根据无人船的动态窗口,计算时间窗口Ts内无人船从当前艏向角能达到的艏向角范围,称为无人船的艏向窗口。
5.根据权利要求1所述的基于SBG和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法,其特征在于,所述步骤7中,判断无人船是否到达避碰路径点的方法为:计算无人船到避碰路径点的距离,若距离小于5m,则表明无人船到达避碰路径点,避碰结束,无人船切换到路径跟踪模式,反之,无人船保持避碰模式。