水面無人艇智能感知與導航技術

第1章 無人艇概述 1
1.1　智能無人系統(tǒng) 1
1.1.1　無人艇簡介 2
1.1.2　優(yōu)勢與特點 2
1.2　無人艇的發(fā)展概況 3
1.2.1　國際發(fā)展概況 3
1.2.2　國內(nèi)發(fā)展概況 6
1.3　無人艇的關鍵技術 9
1.4　本書內(nèi)容簡介 11
參考文獻 12
第2章 無人艇設計與實現(xiàn) 13
2.1　無人艇艇體設計 13
2.1.1　技術參數(shù) 14
2.1.2　船只結(jié)構(gòu)與岸基設備 15
2.2　無人艇系統(tǒng)架構(gòu) 16
2.2.1　軟件架構(gòu) 16
2.2.2　通信架構(gòu) 17
2.2.3　電氣系統(tǒng)架構(gòu) 17
2.3　無人艇感知系統(tǒng) 18
2.3.1　定位 18
2.3.2　姿態(tài)測量 19
2.3.3　雷達感知 19
2.3.4　視覺感知 20
2.4　無人艇信息監(jiān)控中心 21
2.4.1　航控與航線界面 22
2.4.2　電力與燈光界面 28
2.4.3　拍照與錄像界面 29
2.4.4　文件列表與系統(tǒng)設置 30
2.5　其他無人艇簡介 32
2.5.1　USV120 32
2.5.2　USV100 33
參考文獻 34
第3章 基于視覺的無人艇感知技術 35
3.1　現(xiàn)有水面目標檢測算法 36
3.2　水面高效實時小目標檢測 37
3.2.1　算法結(jié)構(gòu) 38
3.2.2　數(shù)據(jù)集構(gòu)建 41
3.2.3　實驗與分析 45
3.3　水面高光照場景下的目標檢測 51
3.3.1　算法模型及原理分析 51
3.3.2　數(shù)據(jù)集構(gòu)建 58
3.3.3　實驗與分析 60
3.4　水面目標跟蹤 63
3.4.1　相關濾波理論 64
3.4.2　跟蹤算法的基本流程與尺度自適應改進 65
3.4.3　檢測跟蹤融合算法設計 66
3.4.4　實驗結(jié)果分析 70
參考文獻 71
第4章 基于激光雷達的無人艇感知技術 75
4.1　基于3D激光雷達的水面目標檢測算法 75
4.1.1　點云目標檢測網(wǎng)絡VoxelNet算法設計 75
4.1.2　算法評價指標 78
4.1.3　面向水面環(huán)境算法的優(yōu)化及驗證 79
4.2　多傳感器融合方案及實現(xiàn) 82
4.2.1　傳感器數(shù)據(jù)融合方案設計 83
4.2.2　傳感器數(shù)據(jù)空間標定實現(xiàn) 86
4.2.3　D-S證據(jù)理論 90
4.2.4　實驗驗證與分析 91
4.3　基于融合算法的水面目標檢測 93
4.3.1　基于3D激光雷達的目標檢測算法的驗證與分析 93
4.3.2　激光雷達與視覺傳感器數(shù)據(jù)融合的驗證和分析 99
4.3.3　小結(jié) 101
參考文獻 101
第5章 無人艇路徑規(guī)劃技術 102
5.1　全局路徑規(guī)劃 103
5.1.1　全局路徑規(guī)劃分析 103
5.1.2　全局路徑規(guī)劃算法 106
5.2　局部路徑規(guī)劃 111
5.2.1　基于避障的方法 111
5.2.2　基于模型的方法 112
5.2.3　基于深度強化學習的方法 112
5.2.4　基于COLREGs的無人艇動態(tài)避障算法 121
參考文獻 139
第6章 無人艇深度強化學習算法仿真訓練平臺 140
6.1　仿真訓練平臺的設計與實現(xiàn) 140
6.1.1　航行環(huán)境模塊 141
6.1.2　無人艇模型模塊 143
6.1.3　環(huán)境感知模塊 145
6.1.4　數(shù)據(jù)通信模塊 148
6.1.5　導航避障模塊 149
6.1.6　運動控制模塊 149
6.2　系統(tǒng)參數(shù)辨識驗證 149
6.2.1　運動參數(shù)采集實驗 150
6.2.2　無人艇旋回實驗 150
6.2.3　無人艇緊急制動實驗 152
6.3　算法的訓練、測試與部署 153
6.3.1　實驗環(huán)境設置 153
6.3.2　算法訓練實驗 154
6.3.3　算法測試實驗 157
6.3.4　無人艇實際部署驗證 159
附錄A 162
附錄B 175