[发明专利]一种关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰决策方法

权利要求书

1.一种关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，包括步骤：

基于无人艇跟踪航路进行航道边界设置；

基于航道方向进行障碍会遇局面划分和船舶安全领域划分；

分析处理动静障碍物确定障碍冲突范围和可航行范围；

避障航向和航速解算；

无人艇距航道边界距离检测及航向调整以及避碰策略；

获得避障航向和航速或停船指令或回归指令。

2.根据权利要求1所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述基于无人艇跟踪航路进行航道边界设置具体为：根据无人艇当前跟踪航路段设定航道的左右边界和长度，可将左右边界到航线的距离设为不同的值，航道的长度大于当前跟踪航路长度，将目标航点周围的障碍包含。

3.根据权利要求1所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述的基于航道方向进行障碍会遇局面划分和船舶安全领域划分具体包括：将船舶探测范围划分成9个位置区域，用来描述障碍同本艇的位置关系，分别为正前方、左前方、右前方、正横左方、正横右方、正后方、左后方、右后方和危险区，其中正前方位置区域和危险区域设为无人艇的安全领域。

4.根据权利要求3所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述正前方区域的会遇局面包括对遇局面、左交叉局面、右交叉局面和追越局面，以航道方向为0°基准，根据动态障碍的相对航向判断会遇类型如下：

对遇局面：

左交叉局面：

右交叉局面：

追越局面：

5.根据权利要求3所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述右前方区域的会遇局面为动态目标右交叉局面，其满足以下三个条件：

1)

2)d_CPAR_O+R_USV0t_CPAt_{CPA_min}

3)

其中，d_CPA为最近会遇距离，t_CPA为最短会遇时间，t_{CPA_min}为最短会遇时间的最小值，为障碍物位置，为无人艇的位置，R_USV为无人艇的长度，R_O为障碍物半径，R_safe为安全距离。

6.根据权利要求1所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述分析处理动静障碍物确定障碍冲突范围和可航行范围具体包括：

①计算艇到障碍的两条切线；

②将障碍速度平移到无人艇中心处并取反；

③以无人艇期望航速为半径，以取反的障碍速度为圆心做圆；

④该圆若同切线产生交点，则两交点之间的方位区域即为董态障碍冲突范围，切线之间的角度范围即为静态障碍冲突范围，若没有交点则该障碍是安全的障碍。

7.根据权利要求1所述的关于无人艇在狭窄水道中安全航行的避碰策略方法，其特征在于，所述的避障航向和航速解算具体包括：

危险障碍提取：根据障碍的会遇局面，将位于船舶安全领域内的障碍和右前位置区域内满足右交叉的障碍选出加入到危险障碍列表中，并按照距离由近及远排序，若危险障列表为空直接执行避碰策略；

避障考虑障碍提取：将危险障碍列表中的第一个障碍加入到避障考虑列表中，同时计算危险列表中后续障碍到第一个障碍边界之间的距离值，若边界距离值小于允许无人艇安全通过的距离，则将该障碍也加入到避障考虑列表中；

避障航向计算：首先根据避障考虑列表中的障碍的可航行范围选取同航道方向偏差最小的方向作为预选避障航向；然后检测所避障碍同航道左右边界之间的距离，若目标存在到一条边界的距离不满足无人艇安全通过，且上面给出的预选航向朝着目标的这一侧，则需要调整航向为另一侧；最后根据允许的最大偏离航道方向角对其进行修正处理避障速度计算；

计算避障速度。