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USV自适应局部危险规避方法研究

王敏捷  
【摘要】:危险规避技术是目前关于水面无人艇研究的重要方向之一。水面无人艇在执行任务的过程中,需要能够高度智能化、自适应的躲避海面上的障碍物。危险规避通常包括全局危险规避和局部危险规避。其中,全局危险规避一般采取静态的方法实现,在水面无人艇高速行使过程中,进行动态的局部危险规避更为重要。因此,针对水面无人艇自适应局部危险规避相关方法研究是很有意义的。 本文主要研究了水面无人艇在复杂海洋环境中为了适应海风的影响进行局部危险规避的方法。海洋环境复杂多变,对水面无人艇产生影响的海洋环境因素主要包括海风、海浪、海流等。由于水面无人艇的高速特性,在其进行危险规避的航行过程中,海风对其影响格外显著。水面无人艇只有实现了可靠的危险规避才能保证其自身的安全,为了进一步提高水面无人艇的自适应性,文中引入结合混沌思想的Q学习机制实现。本文具体完成的主要工作有: 本文首先介绍了当前国内外水面无人艇的发展现状和趋势,并指出了相关研究热点,针对国内相关领域的不足,提出本课题的研究背景和意义。然后分析了复杂海洋环境对水面无人艇局部危险规避的影响,同时介绍了国内外水面无人艇局部危险规避方法的研究现状和取得的成果。接着改进了一种可用于水面无人艇局部危险规避的模糊ND方法。本文的重点是考虑在海风作用下,研究水面无人艇的局部危险规避方法,为了提高其局部危险规避的自适应能力,本文采用了学习的思想,引入了Q-学习的机制。文中论述了Q学习的设计过程,采用Q表来实现Q函数,学习过程中动作的选择和利用采用混沌思想和ε greedy相结合的方式。为了提高学习效率和Q-学习算法的收敛速度,本文针对海风的特点采用了相似状态的概念,利用相似状态的内在联系,同时更新多Q值。通过相关仿真实验验证了上述所提方法的可行性,并对仿真效果进行了相关分析。 最后,对全文进行了总结概括,并对今后所要做的工作做了展望。


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