水面无人艇智能感知与导航技术

第1章 无人艇概述 1
1.1　智能无人系统 1
1.1.1　无人艇简介 2
1.1.2　优势与特点 2
1.2　无人艇的发展概况 3
1.2.1　国际发展概况 3
1.2.2　国内发展概况 6
1.3　无人艇的关键技术 9
1.4　本书内容简介 11
参考文献 12
第2章 无人艇设计与实现 13
2.1　无人艇艇体设计 13
2.1.1　技术参数 14
2.1.2　船只结构与岸基设备 15
2.2　无人艇系统架构 16
2.2.1　软件架构 16
2.2.2　通信架构 17
2.2.3　电气系统架构 17
2.3　无人艇感知系统 18
2.3.1　定位 18
2.3.2　姿态测量 19
2.3.3　雷达感知 19
2.3.4　视觉感知 20
2.4　无人艇信息监控中心 21
2.4.1　航控与航线界面 22
2.4.2　电力与灯光界面 28
2.4.3　拍照与录像界面 29
2.4.4　文件列表与系统设置 30
2.5　其他无人艇简介 32
2.5.1　USV120 32
2.5.2　USV100 33
参考文献 34
第3章 基于视觉的无人艇感知技术 35
3.1　现有水面目标检测算法 36
3.2　水面高效实时小目标检测 37
3.2.1　算法结构 38
3.2.2　数据集构建 41
3.2.3　实验与分析 45
3.3　水面高光照场景下的目标检测 51
3.3.1　算法模型及原理分析 51
3.3.2　数据集构建 58
3.3.3　实验与分析 60
3.4　水面目标跟踪 63
3.4.1　相关滤波理论 64
3.4.2　跟踪算法的基本流程与尺度自适应改进 65
3.4.3　检测跟踪融合算法设计 66
3.4.4　实验结果分析 70
参考文献 71
第4章 基于激光雷达的无人艇感知技术 75
4.1　基于3D激光雷达的水面目标检测算法 75
4.1.1　点云目标检测网络VoxelNet算法设计 75
4.1.2　算法评价指标 78
4.1.3　面向水面环境算法的优化及验证 79
4.2　多传感器融合方案及实现 82
4.2.1　传感器数据融合方案设计 83
4.2.2　传感器数据空间标定实现 86
4.2.3　D-S证据理论 90
4.2.4　实验验证与分析 91
4.3　基于融合算法的水面目标检测 93
4.3.1　基于3D激光雷达的目标检测算法的验证与分析 93
4.3.2　激光雷达与视觉传感器数据融合的验证和分析 99
4.3.3　小结 101
参考文献 101
第5章 无人艇路径规划技术 102
5.1　全局路径规划 103
5.1.1　全局路径规划分析 103
5.1.2　全局路径规划算法 106
5.2　局部路径规划 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　基于深度强化学习的方法 112
5.2.4　基于COLREGs的无人艇动态避障算法 121
参考文献 139
第6章 无人艇深度强化学习算法仿真训练平台 140
6.1　仿真训练平台的设计与实现 140
6.1.1　航行环境模块 141
6.1.2　无人艇模型模块 143
6.1.3　环境感知模块 145
6.1.4　数据通信模块 148
6.1.5　导航避障模块 149
6.1.6　运动控制模块 149
6.2　系统参数辨识验证 149
6.2.1　运动参数采集实验 150
6.2.2　无人艇旋回实验 150
6.2.3　无人艇紧急制动实验 152
6.3　算法的训练、测试与部署 153
6.3.1　实验环境设置 153
6.3.2　算法训练实验 154
6.3.3　算法测试实验 157
6.3.4　无人艇实际部署验证 159
附录A 162
附录B 175