高速USV动态障碍物规避算法详解

"该文介绍了一种用于非接触耳温计设计的经典算法，主要讨论了动态障碍物危险规避算法，适用于高速水面无人艇（USV）的自主航行。该算法结合了USV的运动特性、碰撞锥理论和海事规则，以确保在动态环境中安全规避障碍物。" 在动态障碍物危险规避算法中，首先建立了一个规避行为向量优化模型，以USV的航向偏航程度和线速度作为优化目标。通过加权平均的方法将这两个目标转化为单目标优化问题，以最小化航向偏航程度和线速度的加权优化目标函数。该函数包含两个部分：航向偏航程度（用角度θk表示）和线速度（相对于最大速度vmax）。加权系数ξ1和ξ2确保了两个目标的平衡。 接下来，算法的流程包括以下几个步骤： 1. 计算USV的线速度窗口VLineVelocity和艏向窗口VHeading。 2. 检测USV周围的障碍物，如果存在碰撞风险，进入下一步，否则继续当前航向。 3. 计算USV的规避可行向量Avoid。 4. 根据USV与其他障碍物之间的最短碰撞时间，确定最紧迫的冲突障碍物Oiobs。 5. 依据Oiobs和USV的位置关系，确定适用的海事规则约束ΘRule。 6. 求解约束优化问题，找到最优的规避行为向量(θBest, vBest)。 7. 根据全局目标输出USV的规避向量(θkey, vkey)。 8. 将规避行为向量输入基础运动控制模块，引导USV进行规避动作。 9. 若USV到达目标点则停止，否则返回步骤1。 在实验分析部分，使用了上位PC机、目标PC/104嵌入式计算机和图形工作站进行仿真实验。实验结果显示，算法能够成功引导高速USV在不同冲突情况下（超越、相遇、右交叉和左交叉）规避动态目标船只，同时遵守海事规则，证明了该算法的有效性。 这是一种结合行为控制理论、碰撞检测和规则约束的动态危险规避算法，对于高速水面无人艇在复杂环境中的自主航行具有重要意义。它不仅确保了USV的安全行驶，还遵循了海事航行规则，对于提升无人艇的智能决策能力具有实际应用价值。