[发明专利]一种多无人艇协同路径规划方法

说明书

本发明公开了一种多无人艇协同路径规划方法，包括以下步骤：S1，根据任务要求和航行环境，采用Q‑learning算法对单个无人艇进行初步路径规划，并缩短路径；S2，分析各无人艇的初始路径，基于时间差值判断各无人艇之间是否会发生碰撞；S3，对可能发生碰撞的多个无人艇，赋予基于运动时间的优先级，完成多无人艇协同避碰，得到最终路径；S4，利用数据内插法将折线段拟合为曲线段，实现路径的平滑处理；结束；本发明能够高效、灵活的完成多无人艇的避障、寻路以及相互之间的避碰问题，具有安全、稳定、可靠的优点。

技术领域

本发明属于无人艇路径规划领域，具体地说是一种多无人艇协同路径规划方法。

背景技术

无人艇是一种具有自主航行能力等任务的小型水面平台，和常规的船舶相比，其智能化水平高、速度快、体积小，在海上作业中起着十分重要的作用。在无人艇配备相应的传感器以及武器装备时，其可承担监视侦察、扫雷、精确打击、搜捕、搜救、水文地理勘察，中继通信等多种任务。

根据需求，无人艇可以通过安装不同的模块，来执行多种多样的任务。然而单艘无人艇可搭载的传感器与设备有限，有时同一项任务的执行需要多艘无人艇同时作业，可能分配不同的阶段、区域进行作业。同时根据任务需求，无人艇需要到不同的作业区域执行任务，在该过程中，海域上很可能存在船只、浮标等多种障碍物，要求无人艇能够尽可能快的到达目标区域并且避开障碍物，于此同时，多艘同时执行任务的无人艇也可能在行进过程中出现相互碰撞的情况。因此无人艇在海域上的路径规划是研究要点，要求无人艇在行进过程中相互协调，顺利完成避障、避碰任务，同时尽可能快的到达目标点，以保证无人艇在海面上安全、快速的作业。

发明内容

本发明要解决的技术问题是能够高效、灵活的完成多无人艇的避障、寻路以及相互之间的避碰问题，具有安全、稳定、可靠的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种多无人艇协同路径规划方法，包括以下步骤：

S1，根据任务要求和航行环境，采用Q-learning算法对单个无人艇进行初步路径规划，并缩短路径；

S2，分析各无人艇的初始路径，基于时间差值判断各无人艇之间是否会发生碰撞；

S3，对可能发生碰撞的多个无人艇，赋予基于运动时间的优先级，完成多无人艇协同避碰，得到最终路径；

S4，利用数据内插法将折线段拟合为曲线段，实现路径的平滑处理；结束。

所述步骤S1具体包括：

S101，根据任务要求，明确无人艇出发点和目标点，根据海面航行环境，确定无人艇路径区域内的障碍物；

S102，将海面环境离散化为网格地图，将无人艇缩小为一个网格点，根据障碍物尺寸形状将其用网格点描述，并且根据无人艇的尺寸进行扩充，将无人艇的出发点和目标点分别视为一个网格点；

S103,采用Q-Learning算法对单个无人艇进行初步路径规划，得到各自的初始路径；

S104，用路径节点和路径段描述路径，对初始路径进行不断的检测去除多余点，从而缩短路径距离；

在原来由网格构成的路径的基础上，以网格中心为参考点，参考点之间的连线作为路径，构成新的路径表示方法，即路径由路径节点和线段构成，无人艇的出发点和目标点分别为第一个和最后一个路径节点；