艇在海洋环境下对于大型船只的动态避障，并且通过椭圆聚类减少了无人艇的规划路 径，可以实现精确避障行为。
[0035] (3)本发明公开的无人艇避障方法充分考虑了动态船只障碍物的自转一自身姿态 的改变和公转一运动轨迹的变化。
【附图说明】
[0036] 图1为基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法流程框图。
[0037] 图2为软件仿真无人艇质点与动态船只障碍的仿真状态图。
[0038] 图3为在动态障碍物作匀速运动下计算出的碰撞锥区间示意图。
[0039] 图4为在动态障碍物作变速运动下的运动仿真图。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明优选实施 方式作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
[0041] 实施例一：
[0042] 本基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人艇海洋动态避障控制方法，其特征在于操作 步骤如下：
[0043] 第1步在软件中对动态船只障碍物按照其尺寸形态进行聚类成动态椭圆障碍物， 并且米集其运动状态；
[0044] 第2步规划系统初始参数，包括目标距离、目标之间的方位角、质点速度一无人艇 速度、椭圆速度一动态障碍物速度、椭圆长轴、椭圆短轴、质点速度方向一无人艇速度方向、 椭圆速度方向一动态障碍物速度方向；
[0045] 第3步根据椭圆的相关参数确定椭圆的两个焦点位置一焦点C1和焦点C2,并且计 算两个焦点与无人艇质点之间的方位角；
[0046] 第4步根据椭圆两个焦点与无人艇质点之间的位置关系分别计算出两个焦点与无 人艇质点之间的相对距离；
[0047] 第5步根据椭圆和无人艇质点的运动状态以及位置关系分别计算出无人艇质点与 椭圆中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变化速度和相对方位角的变化速度；
[0048] 第6步通过以上得出的无人艇质点和椭圆动态障碍物之间的相对参数，利用推演 的点和椭圆之间的碰撞锥计算方法对两者进行碰撞检测，并计算出碰撞锥区间；
[0049] 第7步通过第6步计算的碰撞结果，依据所得出的碰撞锥区间，无人艇采取相应的 措施；
[0050] 第8步按照动态障碍物的运动状态重复第2步到第7步；当无人艇所搭载的传感器 检测到动态船只障碍物的运动状态发生改变，则应当重新进行碰撞计算。
[0051] 实施例二：
[0052] 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
[0053] 所述第3步中，椭圆的两个焦点与无人艇质点之间的位置关系为：
[0054] 焦点C1的相对坐标位置为(r ? cosa-c ? C〇s0，r ? sina-c ? sinP)，焦点C2的相对 坐标位置为：（r ? cosa_c ? cos^，r ? sina_c ? sin^)，
[0055]其中r为无人艇质点与动态船只障碍物中心的距离、a为无人艇质点的运动方向、 e* = 为动态障碍物的运动方向。
[0056]所述第4步中两个焦点与无人艇质点之间的相对距离为：
[0059]其中rQ1为焦点1与无人艇质点的距离、rQ2为焦点2与无人艇质点的距离、0为动态 船只障碍物中心点相对于无人艇质点的方位角。
[0060]所述第5步中无人艇质点与椭圆中心、焦点C1和焦点C2之间的相对距离变化速度 和相对方位角的变化速度为：
[0061 ] Fr〇 - /? = Vh cos(/? -- 0) - Va cos(ci： &)
[0062] ym - rq Vbsm(j3 -&)- Vd sin(a - 0)
[o063 ] K.〇i ^ /〇, ^ Vh cos( (3 -6X)~ Va cos (a - 6*,)
[0064] Y0〇l = roi 0X = F；sin(/?- 0X) - Va sin(? - 0X)
[0065] VrQ2 = r02 = Vh cos(j3-02)- Va cos(?-0,)
[00661 Km = % 4 = -^)~K sin(a -&2)
[0067] 其中，无人艇质点与椭圆中心的相对距离变化速度为VrQ、相对方位角变化速度为 Veo ;无人艇质点与椭圆的焦点1之间的相对距离变化速度为VrQ1、相对方位角变化速度为 Ve〇1;无人艇质点与椭圆的焦点2之间的相对距离变化速度为VrQ2、相对方位角变化速度为 Ve〇2〇
[0068] 所述第7步中无人艇采取相应的措施为：
[0069] 如检测到无人艇和动态障碍物不会发生碰撞，则可不采取措施；
[0070] 如检测到无人艇和动态障碍物会发生碰撞，则可采取以下措施：
[0071] 改变无人艇的速度方向，不改变速度大小;依据所计算出的碰撞锥区间，无人艇的 速度方向只要取在该区间之外就可完成避障行为；
[0072] 改变无人艇的速度大小，不改变速度方向；无人艇的速度增大或减小可进行有效 的避障；改变速度大小后进行碰撞检测，如检测到不会发生碰撞则说明采取了有效的避障 措施；
[0073] 即改变无人艇的速度方向，也改变速度大小;这种措施能更加有效迅速的进行有 效的避障行为。
[0074] 实施例三：
[0075] 图1所示为本实施例系统程序框图。其中规定了一些系统的初始参数：质点速度 Va、速度方向a;椭圆速度Vb、速度方向比目标距离r、目标之间的方位角0、椭圆的长轴a和短 轴b。目标距离r:无人艇质点与动态船只障碍物中心的距离。
[0076] 目标之间的方位角0:动态船只障碍物中心点相对于无人艇质点的方位角。
[0077] 质点速度Va:无人艇当前的运动速度大小。
[0078]椭圆速度Vb:动态船只障碍物当前的运动速度大小。
[0079]椭圆长轴a、短轴b:动态船只障碍物聚类为椭圆的长短轴参数。
[0080]质点速度方向a:无人艇的运动速度方向。
[0081 ]椭圆速度方向动态船只障碍物的运动速度方向。
[0082] 无人艇在进行碰撞检测之前所采集到的动态船只的运动参数主要有:动态船只速 度Vb和运动方向0、无人艇速度Va和运动方向a。得到无人艇和动态产值的运动参数后，进行 碰撞检测，得到相关的碰撞锥区间：（W-as)，并采取相应的措施进行有效避障。当动态船只 的运动状态发生变化，再次进行碰撞检测。
[0083] 由于动态船只障碍物不是作匀速运动，其速度大小和速度方向均会发生变化，因 此我们用以下式子来表示其运动速度大小的变化：
[0084] Vb(i) = Vb(i-i)+abt (1)
[0085] 其中i = 0，l，2，...表示动态船只速度大小在某一时刻的速度大小，ab表示发生速 度变化该时刻的加速度，t表示速度变化的时长。
[0086] 对于动态船只速度方向的变化我们考虑到两种情况:公转和自转；
[0087] 1.船只速度方向的变化一公转
[0088] 我们在这所提到的公转是把动态船只看作一个刚体，考虑其速度方向的变化。对 于这种速度方向的变化我们称之为公转，速度方向0的表达式如下：
[0089] 0i = 0i-i+ co it (2)
[0090] :表示速度方向改变的角速度的大小。
[0091] 2.船只自身姿态追随运动方向的变化（自转）
[0092] =pi_1/ + ?2t (3)
[0093] ? 2表示船只自转的角速度的大小。
[0094] 在正常情况下，根据船只的运动特点，船只自身的姿态应该与其运动方向保持一 致，即当船只聚类成椭圆，椭圆中心与焦点的连线应当与椭圆运动方向一致。因此，在一般 情况下 w 2= W 1(3
[0095] 在无人艇对当前运动状态进行碰撞检测的时候，所有采集到的数据是按照常数来 进行处理，因此当动态船只障碍物的运动发生改变的时候，应当对实时数据再次进行碰撞 检测，如图1