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基于进化遗传算法的无人艇避碰系统研究

刘佳男  
【摘要】:近年来,随着世界各国对海洋权益维护的日益强烈,水面无人艇作为海上战争的主要战略武器,其自主控制研究受到了越来越多的重视,并向着更加智能化、体系化和标准化的方向发展。智能避碰系统是无人艇自主控制研究的关键技术之本文将机器人路径规划方法与船舶避碰规则相结合,对基于进化遗传算法的无人艇避碰系统进行了研究。本文分析了无人艇的避碰过程和避碰机理,对无人艇的会遇局势进行了详细的划分。研究了无人艇的运动参数和碰撞危险度的计算方法,从时间和空间角度计算了无人艇的碰撞危险度。本文采用进化遗传算法设计了基于进化遗传算法的无人艇避碰决策系统,该系统采用了启发式的种群初始化方法,根据无人艇自主航行的需求,在适应度函数中加入经济性、平滑性、安全性作为评价因子,并在传统的进化算子(选择、交叉、变异)基础上加入删除操作、修复操作和平滑操作对种群进行更新,建立了一个优化迭代过程,最终得出合理可行避碰路径。利用MATLAB设计了基于进化遗传算法的无人艇避碰仿真系统,通过人机交互界面输入无人艇航行参数和动态目标的运动参数,并用随机生成的半径大小不一的圆来模拟无人艇航行的障碍物环境。在分别只有静态障碍物存在的海洋环境和静态障碍物与动态目标共存的海洋环境下对无人艇避碰进行了仿真验证,最终系统输出的路径能有效地避开静态障碍物与动态目标,并保证了路径的平滑性和经济性。仿真验证表明了基于进化遗传算法的无人艇避碰系统能够判断碰撞危险,有效地规避静态障碍物和动态目标,实现无人艇的自主避碰决策。


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