本發明涉及無人艇避碰測試，尤其是一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法。
背景技術：
1、自主避碰技術需要綜合運用智能船舶的感知、決策與控制能力，是無人艇智能化發展的關鍵技術。實船海上試驗測試無人艇自主避碰能力需要投入大量的人力、物力、財力，測試周期較長，且在高海況場景下需要承擔無人艇損毀的風險，適用于研發后期在常規試驗場景下進行最終測試和驗證。虛擬仿真降低了測試成本和風險，縮短了測試周期，但存在可信度低的問題。
2、半物理仿真是一種把系統部分實體接入仿真試驗回路中的方法，在導彈等飛行器的研制過程中發揮著重要作用。在船舶領域，瑞典kongsberg公司研制的船舶運動模擬器可以通過六條液壓缸驅動平臺，實現空間六自由度運動，大連海事大學也研制了負載達到2.5噸的六自由度船舶模擬器。但這些仿真系統的虛擬三維視景完全由手工建模得到，與真實場景存在顯著差異。
技術實現思路
1、本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，本發明的技術方案如下：
2、一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，包括如下步驟：
3、采用高斯潑濺重構模型與手工建模相結合的方式，構建虛擬三維場景；
4、在虛擬三維場景中編輯陪試船狀態和場景環境參數；
5、物理轉臺根據計算得到的無人艇姿態，模擬無人艇進行六自由度運動；
6、根據物理轉臺上的球形光電傳感器拍攝投影到環形幕布上的虛擬三維場景，識別到場景中的障礙物信息；
7、基于障礙物信息和自主避碰算法生成無人艇航控指令，并發送給虛擬執行機構；
8、虛擬執行機構更新無人艇位姿信息并反饋給虛擬三維場景，形成閉環仿真測試回路。
9、其進一步的技術方案為，采用高斯潑濺重構模型與手工建模相結合的方式，構建虛擬三維場景，包括：
10、對實艇在真實場景采集的圖像數據進行預處理操作，再輸入給高斯潑濺重構模型進行訓練，以重構出三維靜態場景；
11、基于手工建模建立多種船型的陪試船模型和無人艇模型，組成動態模型庫；
12、從可編輯的動態模型庫中選取本次避碰測試所需的模型，與三維靜態場景相融合，得到本次避碰測試的虛擬三維場景。
13、其進一步的技術方案為，對實艇在真實場景采集的圖像數據進行預處理操作，包括：
14、基于運動結構恢復得到實艇采集的真實場景圖像特征的一個稀疏對應集合，以估計點云三維位置，生成稀疏點云文件；
15、將稀疏點云文件、所有相機位姿數據和每一個相機對應的圖像數據作為高斯潑濺重構模型的輸入。
16、其進一步的技術方案為，在虛擬三維場景中編輯陪試船狀態和場景環境參數，包括：
17、根據手動選點或輸入經緯度數據確定無人艇和陪試船模型的初始位置；
18、設置陪試船模型的航速、航向和航線，以模擬與無人艇模型的會遇態勢，包括對遇、追越、交叉；
19、確定場景環境參數，包括不同天氣狀況和能見度等級控制，0-9級海況等級，以及仿真時間。
20、其進一步的技術方案為，識別場景中的障礙物信息，包括：
21、對球形光電傳感器獲取的圖像數據，采用目標識別算法得到障礙物類別和置信度，再通過虛擬雷達回波數據計算出障礙物相對無人艇的方位和距離。
22、其進一步的技術方案為，基于障礙物信息和自主避碰算法生成無人艇航控指令，包括：
23、基于實時監測無人艇周圍目標的動態位置變化和障礙物信息，進行局部無碰撞路徑規劃，得到滿足避讓條件的本船航向和速度，作為航行控制指令；
24、其中，局部無碰撞路徑規劃基于純跟蹤和人工勢場法實現。
25、其進一步的技術方案為，該方法還包括：
26、根據無人艇與陪試船的航行路線計算避碰評價指標，包括無人艇與障礙物間的最小相對距離、無人艇路徑航程累計增加量、避碰時長。
27、其進一步的技術方案為，無人艇與障礙物間的最小相對距離dmin滿足：
28、
29、其中是第i個障礙物到無人艇的最近距離，n是包括陪試船在內的動態和靜態障礙物總數；
30、無人艇路徑航程累計增加量δl滿足：
31、
32、其中l是無人艇完成避碰后到達目標點的航程，是無人艇按原規劃航線到達目標點的航程；
33、避碰時長tavoid滿足：
34、tavoid＝tend-tstart
35、其中tstart和tend分別是無人艇開始和結束執行避碰算法的時刻。
36、本發明的有益技術效果是：
37、本申請公開了一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，該方法通過實艇在真實場景采集的圖像數據，采用高斯潑濺重構模型與手工建模相結合的方式高保真還原了實船測試場景，在虛擬場景中模擬多種會遇態勢，動態調整天氣狀況、海況等級和仿真時間等環境參數，并引入真實球形光電還原無人艇實際感知設備的物理特性，以獲取障礙物目標。整個測試成本適中，在具備測試周期短、測試風險低等優點的同時，增加了仿真測試的可信度，對于提高測試效率、加速實艇算法優化和迭代具有重要意義。
1.一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，所述采用高斯潑濺重構模型與手工建模相結合的方式，構建虛擬三維場景，包括：
3.根據權利要求2所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，所述對實艇在真實場景采集的圖像數據進行預處理操作，包括：
4.根據權利要求1所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，在所述虛擬三維場景中編輯陪試船狀態和場景環境參數，包括：
5.根據權利要求1所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，識別場景中的障礙物信息，包括：
6.根據權利要求1所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，基于所述障礙物信息和自主避碰算法生成無人艇航控指令，包括：
7.根據權利要求1-6任一所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，所述方法還包括：
8.根據權利要求7所述的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，其特征在于，無人艇與障礙物間的最小相對距離dmin滿足：