In this paper, we look at the role of autonomous navigation in the maritime domain. Specifically, we examine how an Autonomous Surface Vessel(ASV) can achieve obstacle avoidance based on the Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea (1972), or COLREGs, in real-world environments. Our ASV is equipped with a broadband marine radar, an Inertial Navigation System (INS), and uses official Electronic Navigational Charts (ENC). These sensors are used to provide situational awareness and, in series of well-defined steps, we can exclude land objects from the radar data, extract tracks associated with moving vessels within range of the radar, and then use a Kalman Filter to track and predict the motion of other moving vessels in the vicinity. A Constant Velocity model for the Kalman Filter allows us to solve the data association to build a consistent model between successive radar scans. We account for multiple COLREGs situations based on the predicted relative motion. Finally, an efficient path planning algorithm is presented to find a path and publish waypoints to perform real-time COLREGs compliant autonomous navigation within highly constrained environments. We demonstrate the results of our framework with operational results collected over the course of a 3.4 nautical mile mission on the Charles River in Boston in which the ASV encountered and successfully navigated multiple scenarios and encounters with other moving vessels at close quarters.


翻译:在本文中,我们审视了自主航行在海洋领域的作用。 具体地说,我们审视了自主水面船只(ASV)如何能够在现实世界环境中根据《国际海上防止碰撞条例公约》(1972年)或COLREGs实现避免障碍。 我们的ASV配备了宽带海洋雷达、惯性导航系统(INS)和使用官方电子导航图(ENC)。 这些传感器用于提供情况意识,在一系列明确界定的步骤中,我们可以将陆地物体从雷达数据中排除,提取与雷达范围内移动船只相关的轨道,然后用卡尔曼过滤器跟踪和预测附近其他移动船只的动向。卡尔曼过滤器的常态速度模型使我们能够解决数据联系问题,以便在连续的雷达扫描之间建立一个一致的模式。 我们根据预测相对运动计算了多个COLREGs的情况。 最后,我们提出了一个高效的路径规划算法,以找到一条路径,并公布在高度受限制的环境中运行实时的COLREGs自主导航,然后使用卡尔曼过滤器跟踪和预测附近移动船只的动动动动运动运动运动。 我们成功地展示了在波士顿三十四号航程和其他航程的航程的航行框架。

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