[发明专利]一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统和方法

说明书

本发明公开了一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统及方法。系统包括：无人水面艇、路径规划模块、控制模块、GPS/IMU模块、环境感知模块、海况监测模块；路径规划模块和控制模块安装在无人艇内部，它们依据环境信息和计算出的海浪等级规划出一系列路径点，并控制无人艇沿着其航行；环境感知模块由电子海图和激光传感器组成，前者安装在无人艇内，提供了静态障碍物信息，后者通过支架安装在无人艇甲板前方，用来提供障碍物信息；GPS/IMU传感器安装于无人艇顶部，给予其他模块无人艇的位姿信息；海况监测模块使用的是航海雷达，并计算出海浪的等级。该考虑海况因素的无人艇路径规划系统和方法可靠合理，并提高了无人艇路径规划的合理性。

技术领域

本发明涉及一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统及方法，属于无人艇路径规划领域。

背景技术

无人水面艇是一个拥有自主运行能力的小型水面任务平台， 它可以执行的任务种类非常多，除了对环境和目标进行检测这些基础功能之外， 还可以针对具体的任务类型，采用不同的模块设备来完成任务目标。 目前由于其在军事领域的杰出表现和前景，世界各国都对军用无人水面艇的研发表现出很强烈的兴趣。 同时因为无人水面艇在科研与民用应用中有着覆盖范围大、成本低的特点，所以无人艇在这些领域也有着广泛的应用前景。

无人水面艇自主运行能力的强弱是由路径规划能力所直接决定的。 全局路径规划是利用已知的静态障碍物的信息，规划出一条避开所有已知障碍物，并且能够完成目标任务的路径， 从而指导无人水面艇更高效地完成路径规划任务。

与无人车的路径规划不同，在海面上，无人艇的运动受海浪的影响较大，若不考虑实际航行时的海浪影响，那么规划出的路径对于实际的无人艇的参考价值有限。如果在海浪等级较低的假设下进行路径规划，当实际运行在海浪等级较高的场景下时，将很有可能会发生碰撞。而如果在风平浪静时，使用适用于较高的海浪等级下的安全性较高的路径规划方式，就会由于过于保守而花费了过多的时间和能量来完成无人艇的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统及方法，解决了一般路径规划未考虑海浪造成的环境扰动影响，从而不能生成符合实际环境条件的路径。本发明可以有效提高路径规划的实用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统，包括无人水面艇、海况监测模块、环境感知模块、GPS/IMU模块、路径规划模块、控制模块；所述路径规划模块安装于所述无人水面艇内部，依据环境感知模块所获得的障碍物信息及海况监测模块所估计的海浪等级计算出所要到达的一系列目标点；所述控制模块安装在无人水面艇内部，控制无人水面艇依次到达所规划出的一系列目标点；所述环境感知模块由电子海图和激光传感器组成，电子海图安装在无人水面艇内，用来读取大陆、岛礁的静态障碍物信息，激光传感器通过支架安装在无人水面艇甲板前方，用来探测船只、舰艇的动态障碍物信息；所述GPS/IMU 模块安装于无人水面艇顶部，获得无人水面艇的位置和姿态信息，并提供给路径规划模块、控制模块；所述海况监测模块使用的是航海雷达，其通过支架安装在无人水面艇甲板高处，通过航海雷达计算出海浪等级的海洋状况。

一种考虑海况因素的无人艇路径规划方法，使用上述的路径规划系统，具体步骤如下：

S01，设置最终目标点G；

S02，判断是否达到最终目标点：依据GPS/IMU模块中的位置信息判断无人水面艇是否到达最终的目标点，如果到达终点，则返回完成任务；否则继续进行S03；

S03，利用环境感知模块的信息进行环境建模：使用栅格地图将从电子海图和激光传感器获得的障碍物信息表示出来；

S04，依据海况监测模块计算的海浪等级对障碍物信息进行安全性处理：通过航海雷达对海浪进行分析处理，计算出海浪的等级，依据海浪等级对障碍物进行膨胀处理来达到安全性的保障；