【摘 要】
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进入二十一世纪以来,世界各国对海洋权益的重视程度日益增加,我国明确提出将“维护海洋权益、建设海洋强国”上升为国家战略。无人艇是一种能够自主规划与航行的智能化无人水面舰艇,其特点为船体小、速度快、稳定性强、安全性高和隐蔽性强。无人艇可以在复杂的水面环境中执行多种不适合载人船只完成的任务,在国家的海洋资源探索开发、海上军事冲突及海洋强国战略建设中发挥着不可忽视的作用。避碰规划技术是无人艇的核心技术,包
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进入二十一世纪以来,世界各国对海洋权益的重视程度日益增加,我国明确提出将“维护海洋权益、建设海洋强国”上升为国家战略。无人艇是一种能够自主规划与航行的智能化无人水面舰艇,其特点为船体小、速度快、稳定性强、安全性高和隐蔽性强。无人艇可以在复杂的水面环境中执行多种不适合载人船只完成的任务,在国家的海洋资源探索开发、海上军事冲突及海洋强国战略建设中发挥着不可忽视的作用。避碰规划技术是无人艇的核心技术,包括全局路径规划和局部避碰规划,避碰规划算法是实现无人艇全局路径规划与局部避碰规划的关键,也是提高无人艇智能化水平的关键。细菌觅食优化(Bacterial Foraging Optimization,BFO)算法是一种较为新颖的群智能算法,为了提高避碰规划算法的智能性、实时性和稳定性,本文对BFO算法进行改进,提出了一种改进细菌觅食优化(Improved Bacterial Foraging Optimization,IBFO)算法,然后基于改进细菌觅食算法进行了无人艇的避碰规划研究。首先研究了BFO算法的改进策略。通过对基本BFO算法的操作步骤进行分析,提出操作中存在的不足,然后根据不足对算法的趋化步长、游动、复制和迁徙操作进行改进,提出IBFO算法,最后进行benchmark函数对比测试,仿真结果表明IBFO算法具有更好的收敛速度、寻优精度、全局优化能力和稳定性。其次模拟细菌趋化实现了无人艇的全局路径规划。通过类比细菌觅食环境建立无人艇势场环境模型,模拟细菌趋化建立无人艇感知模型及运动策略,接着改进无人艇的移动步长并设计基于趋向和避障的目标函数,然后利用IBFO算法寻找无人艇的最优前进方向,实现无人艇的全局路径规划,最后通过仿真试验验证了方法的有效性。最后基于IBFO算法进行了无人艇的局部避碰规划研究。通过船舶自动识别系统获取动态船舶障碍信息,结合无人艇的局部避碰模型,采取同时调整速度和航向的避碰策略,设计避碰优化目标函数,然后利用IBFO算法求解出最优策略,最后进行局部避碰仿真,结果表明该方法能够成功地避开多个动态船舶障碍,快速安全地实现无人艇的局部避碰。
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