应用改进随机树算法的无人艇局部路径规划

庄佳园，张 磊，孙寒冰，苏玉民

(哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室，15000哈尔滨)

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle，USV)简称无人艇，是一种具有自主规划、自主航行能力，并可自主完成环境感知、目标探测及战术攻击等任务的小型水面船舶.其中，以色列“Protector”和美国“Spartan”无人艇引领着当今世界无人艇的发展方向，其他国家进行了无人艇的研究，如意大利的“Charlie”［1］、英 国 的“Springer”［2］和葡萄牙的“Delfim”等.文献［3-5］总结了USV的发展历史及现状.USV的路径规划方法按对环境信息已知程度不同可分为两类:环境信息完全已知的全局路径规划;环境信息完全未知或部分未知，通过传感器实时地对USV的当前工作环境进行探测，以获取障碍物的位置和尺寸等信息的局部路径规划［6］.当USV按电子海图等已知环境信息规划的全局路径航行时，同时需要根据航海雷达等当前传感器感知的局部环境进行动态局部路径规划［7］.

本文针对USV航速快、机动性强、对局部路径规划算法实时性要求高等特点，改进了快速扩展随机树(RRT)算法，以当前雷达图像为环境模型完成了USV动态局部路径规划，通过对规划航线的优化处理，在保证生成航线安全的同时，使优化后航线相对航程最短且光顺可行.

1 路径规划算法的描述与实现

1.1 经典的RRT算法

快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree，RRT)算法［8］由Lavalle首次提出.用树结构代替有向图结构，可以在给定控制率的条件下，解决高维多自由度机器人的复杂约束下的运动规划问题，适用于包含几何和动力学约束的……