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专利号: 202011324979X
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人船自主避障方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:避障系统初始化,设A点为航迹起点,B点为指定路径上的航迹点,O点为无人船实时位置;以无人船为圆心,以可视半径R为半径作圆,交直线AB于两点P和P1,距目标B点较近点P为实时目标点,无人船实时位置O与实时目标点P的连线方向为实时目标航向角Ψr;

无人船实时航向Ψ可通过导航模块获取;

步骤2:检测是否存在障碍物,当无人船到达障碍物影响范围内时,通过雷达测得障碍物的方位角α、距离ε和速度V;

步骤3:计算避障角度,将数据送入方位权函数、距离权函数和速度权函数,得到对应的权值ω1、ω2和ω3,权值与无人船单侧最大角度改变量相乘,得到一个避障角度 将权函数定义为:上述式(1)中的权函数为一阶高斯函数,在方位权函数中,其期望为0,sgn(α)符号函数表现了障碍物与无人船的位置关系,决定了无人船避障方向;无人船前方±60°领域内的障2

碍物威胁性最大,±60°以外危险程度较低,带入式(1)来确定方差c1:2

在距离权函数式(2)中,期望为0,方差c2越小,无人船进入高风险时的距离越小;

将无人船当前航速V0考虑在内,设定最短会遇时间TCPA≥n秒时无人船拥有足够的反应时间做出避障动作,最短会遇距离DCPA应满足DCPA=V0×TCPA;

当ε≤DCPA时无人船进入高风险区,带入式(2)2

得到距离权函数中的方差c2;

障碍物速度V=0时,障碍物静止,危险系数最小,设定雷达能够探测障碍物最大速度为2

Vmax,带入式(3)求得期望b3=Vmax和方差c3步骤4:将 作为航向控制的输入,其中ΔΨ=Ψr‑Ψ,通过驱动电机和舵机系统控制无人船驶离障碍物。

2.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法,其特征在于,步骤2中,根据无人船控制参数、目标信息以及水域信息确定安全会遇距离SDA,由雷达确定无人船与障碍物的距离ε,若ε大于SDA,则不需要采取避障措施,取避障角度 若ε小于SDA,则表明无人船进入障碍物影响范围内,相应地将障碍物距离、方位、速度数据进行加权处理。

3.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法,其特征在于,步骤3中,权重值ω1、ω2和ω3的大小共同决定了障碍物对于无人船的危险程度,最后的权值由三者的乘积决定,无人船单侧航向的最大改变量为θ,因此,最终避障角度定义为:

4.根据权利要求1所述的一种无人船自主避障方法,其特征在于,用于该方法的装置包括电源模块、导航模块、避障模块和控制核心,通过避障模块获取障碍物的方位、距离和速度数据;导航模块采用高精度差分GNSS用于实时获取无人船经纬度坐标点、实时航向和航速,将数据作为输入给到控制核心,输出舵机改变量,通过航向调整躲避障碍物。