水面无人艇路径规划技术研究

论文摘要

水面无人艇具有速度高、隐身、智能化等优点,可以用于执行多种不同的任务。目前以美国和以色列为代表的西方国家已取得很大的进展,而国内在水面无人艇技术方面的研究还处于起步阶段,在提高水面无人艇的智能水平方面还有很多工作要做。路径规划是水面无人艇导航系统中最重要的任务之一,全局路径规划是水面无人艇研究领域的一个重要课题,对它的研究有重要意义。全局路径规划就是根据先验知识(如给定地图),在一定的约束条件下,规划出一条从起点到终点的无碰路径。遗传算法是目前进化算法中最具有代表性的一种,在移动机器人的路径规划上得到了很多的应用,越来越多的人开始研究、利用这种智能算法;人工势场法则是目前路径规划问题上应用最为广泛的一种方法。它的数学模型简单,易于实现,因此被广泛采用。本文重点对遗传算法和人工势场法应用于水面无人艇的路径规划分别进行了研究,主要内容包括:首先介绍了水面无人艇的发展概况,包括国内外水面无人艇的研究现状和发展趋势,同时介绍了本论文课题的研究背景及意义。然后介绍了路径规划的定义、分类以及常用的路径规划方法。通过对这些内容的了解有助于更好的根据要求选择合适的方法。最后,分别利用遗传算法的思想和人工势场法的思想设计了水面无人艇的路径规划程序,并对仿真实验的结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水面无人艇技术的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状和发展趋势
• 1.2.2 国内研究现状和发展趋势
• 1.3 本课题的研究背景和意义
• 1.4 论文结构
• 第2章 全局路径规划研究概况
• 2.1 路径规划概述
• 2.1.1 路径规划的定义
• 2.1.2 路径规划问题的分类
• 2.1.3 路径规划问题的实现
• 2.2 全局路径规划方法
• 2.2.1 传统方法
• 2.2.2 智能路径规划方法
• 2.2.3 混合路径规划方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于遗传算法的路径规划研究
• 3.1 遗传算法原理介绍
• 3.1.1 编码
• 3.1.2 初始群体的产生
• 3.1.3 评价函数
• 3.1.4 遗传操作算子
• 3.1.5 算法终止条件
• 3.1.6 算法参数设置
• 3.2 利用遗传算法实现二维全局路径规划
• 3.2.1 地面坐标系与运动坐标系
• 3.2.2 环境空间表达
• 3.2.3 遗传算法设计
• 3.3 仿真实验
• 3.3.1 仿真实验1
• 3.3.2 仿真实验2
• 3.3.3 路径的优化
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于人工势场法的路径规划研究
• 4.1 人工势场法原理介绍
• 4.1.1 普通人工势场法
• 4.1.2 流体力学的调和函数法
• 4.1.3 势场栅格法
• 4.2 利用人工势场法实现二维路径规划
• 4.3 基本算法的仿真实验
• 4.3.1 仿真实验1
• 4.3.2 仿真实验2
• 4.4 在运动仿真系统中的实验
• 4.4.1 全局规划
• 4.4.2 局部规划
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢