[发明专利]一种面向受限水域的无人艇运动规划方法

权利要求书

1.一种无人艇运动规划方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、构建无人艇动力学模型及轨迹单元：

按照常规方式构建无人艇动力学模型；

构建无人艇轨迹离散化规则：规则一、在轨迹段初始和结束时刻，无人艇的运动状态保持一致；规则二、每段轨迹单元的转舵次数不超过一次；规则三、轨迹单元分为三类，每种类型的轨迹单元直线距离都相等，这三类轨迹单元的半径长度依次定义为R1、R2和R3；

在无人艇动力学模型和无人艇轨迹离散化规则的基础上，建立32个方向的轨迹单元；同时在搜索路径时采用16个节点搜索；

S2、建立标签A*算法(Lable-A*algorithm,LAA)，根据32个方向的轨迹单元约束，约束LAA的探索空间；

S3、调用LAA进行路径搜索：

3.1、初始化环境信息，设置起始点SP(x,y,φ)和终点EP(xn,yn,φn)，定义关闭列表CL和开启列表OL，初始化集合CL和OL，并且设置CL和OL为空列表；其中，开启列表OL为储存路径搜索过程中待检索节点的列表，关闭列表CL为储存路径搜索过后不再需要检索的节点列表；

3.2、将起始点加入CL和追溯表TL，并设置起始点为父节点j(x,y,φ)，将障碍物信息OB添加进OL，并且设置障碍物点处的代价为无穷大；开始探索当前点j(x,y,φ)周围的16个子节点；其中追溯表TL为存储父子节点关系的列表，用于生成搜索得到的路径；

3.3、把周围的16个子节点加入到OL中，调用评估函数F(j)，对周围的16个子节点进行代价值估计，并且从这16个子节点中选取代价值最小的节点添加进CL中，并且将此点设置为新的父节点j1(x1,y1,φ1)，将新的父节点j1点添加进TL；

3.4、继续遍历新的父节点j1(x1,y1,φ1)周围的16个子节点中代价值最小的点，如果此时新的父节点j1(x1,y1,φ1)达到下一个子节点j2(x2,y2,φ2)所得路径代价的最小值大于上一个父节点j(x,y,φ)达到同样的子节点j2(x2,y2,φ2)所得路径代价值，则更新父节点，把此时的子节点j2(x2,y2,φ2)设置为节点j1(x1,y1,φ1)的父节点，如果不大于，则j1(x1,y1,φ1)继续为父节点，并把子节点j2(x2,y2,φ2)设置为下一个子节点j3(x3,y3,φ3)的父节点；

3.5 重复上述的搜索过程，直至搜索到终点EP加入到CL中，并添加进TL中，根据TL打印出路径；

S4、根据S3搜索得到的路径调用无人艇运动模型产生的轨迹单元；

S5、根据TL信息不断调用无人艇运动模型产生的轨迹单元，进行路径的拼接，直至目的地。

2.根据权利要求1所述的无人艇运动规划方法，其特征在于：所述的S1利用MMG模型构建无人艇动力学模型，具体包括粘性模型、惯性模型、螺旋桨模型和舵模型。

3.根据权利要求2所述的无人艇运动规划方法，其特征在于：在构建无人艇动力学模型之前，做出以下假设：

1)假设在无人艇的运动过程中，忽略其垂荡、横摇和纵摇，只考虑无人艇的前进、横移、转艏；

2)假设忽略自然环境对无人艇运动的影响；

3)假设只考虑船舶主机正转的情况，并且当无人艇航行稳定后，螺旋桨转速保持不变。