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复杂环境下无人艇运动规划方法研究

摘要

近年来，无人艇已成为人类探索海洋的重要智能化装备，在现代军事领域和民用领

域发挥着重要作用。路径规划是实现无人艇自主航行的一项关键技术，并且随着任务需

求和航行环境的复杂化和多样化，无人艇的路径规划正朝着精细化的运动规划方向发展。

在此背景下，本文充分考虑环境避碰约束、无人艇的运动学和动力学约束，从前端路径

有哪些信誉好的足球投注网站和后端轨迹优化两个方面对无人艇的运动规划展开研究，具体研究内容如下：

首先，针对无人艇前端路径有哪些信誉好的足球投注网站设计一种改进RRT算法。引入目标偏向采样和密

集点过滤策略优化采样点选取方式，解决随机树无效探索和重复探索问题，提升算法搜

索效率；同时结合无人艇操纵性转角约束改进节点扩展方式，解决路径曲折和转角变化

大的问题；此外考虑转角约束去除路径冗余节点，提升路径质量。实验结果表明，改进

算法能够有效加快有哪些信誉好的足球投注网站速度，并且所得路径长度更短且满足无人艇操纵性约束。

其次，针对前端路径离散粗糙且不符合无人艇动力学特性的问题，设计一种基于改

进最小Snap的后端轨迹优化算法。分析证明无人艇的微分平坦性，将轨迹优化问题从

高维状态空间转换至低维平坦空间，降低求解复杂度；采用贝塞尔曲线替代多项式表示

轨迹，并引入航行走廊对曲线控制点进行约束，限制轨迹生成在安全区域内，解决传统

多项式方法存在的轨迹越界问题；进一步构建高阶动力学约束，解决轨迹速度、加速度

超出无人艇实际物理性能限制的问题。实验结果表明，改进算法能够优化生成严格安全

无碰且满足无人艇动力学约束的平滑轨迹。

最后，针对传统数值仿真规划研究可视化效果不好、算法移植性差、不够贴近物理

真实的问题，基于ROS构建仿真实验平台，搭建无人艇混合运动规划系统。在Gazebo

中搭建无人艇模型和密集障碍物海域环境，分环境感知、定位建图、运动规划和跟踪控

制模块设计无人艇自主航行系统；将前端路径有哪些信誉好的足球投注网站和后端轨迹优化算法集成到ROS中，

并引入滚动视野重规划策略，构建完整的混合运动规划系统；在所搭建的仿真平台开展

轨迹跟踪、前后端规划和局部重规划实验，验证了本文算法在密集障碍物和新增未知障

碍物复杂环境的有效性。

关键词：无人艇；路径有哪些信誉好的足球投注网站；轨迹优化；运动规划；ROS

复杂环境下无人艇运动规划方法研究

Abstract

Inrecentyears,unmannedsurfacevehicles(USV)havebecomeessentialintelligent

equipmentforhumanexplorationoftheoceans,playingsignificantrolesinbothmodern

militaryandcivilianfields.Pathplanningisakeytechnologyforachievingautonomous

navigationoftheUSV,andasmissionrequirementsandnavigationalenvironmentsbecome

morecomplexanddiverse,USVpathplanningisevolvingtowardsmoresophisticatedmotion

planning.Inthiscontext,thispaperfullyconsidersenvironmentalcollisionavoidance

constraints,aswellaskinematicanddynamicconstraintsoftheUSV,andconductsresearchon

themotionplanningoftheUSVfromtwoaspects:front-endpathsearchingandback-end

trajectoryoptimization.Thespecificresearchcontentsar