Automatic Collision Avoidance with multiple targets, including maneuvering ones

Abstract

Context. There is considered the task of automatic collision avoidance with multiple targets, including maneuvering ones. The object of the research is the process of automatic collision avoidance with multiple targets, including maneuvering ones. The subject of research is the method and algorithms that implement the process of automatic collision avoidance from multiple targets, including maneuvering ones. Objective. The purpose of the article is development a method and algorithms for automatic collision avoidance from multiple targets, including maneuvering ones, for the module of the onboard controller of the ship control system. Method. This goal is achieved by periodically measuring the true speed of the vessel and relative speeds of the vessel and targets, averaging the measured information to remove noise, estimating the true speeds of the targets, building, for the obtained estimates of the true speeds of the targets, areas of allowable collision avoidance controls with each targets by numerical iteration of the collision avoidance parameters (speed and course) at the nodes of a given grid in the area of their possible changes, determining the relative speeds at the nodes of the grid ship and target movement and checking that the relative speeds don’t belong to sectors of dangerous courses, building a general area of acceptable collision avoidance controls with all targets by combining areas of allowable collision avoidance controls with each target, choosing collision avoidance parameters from the general area of acceptable collision avoidance controls according to specified criteria. This allows to diverge from multiple targets, including maneuvering ones, in a fully automatic mode. Changing the criteria for selecting discrepancy parameters leads to a change in the ship’s behavior in case of discrepancy without changing the program code. Results. The developed method and algorithms are implemented in software and investigated by solving the problem of collision avoidance from multiple targets, including maneuvering ones, in a fully automatic mode in a closed circuit with the simulator Navi Trainer 5000 for various types of ships, targets, navigation areas and weather conditions. Conclusions. The experiments confirmed the performance of the proposed method and algorithms and allow to recommend them for practical use in the development of modules for automatic collision avoidance with multiple targets, including maneuvering ones, of the onboard controller of the ship control system. Актуальність. Розглядається задача автоматичного розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі. Об’єктом дослідження є процес автоматичного розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі. Предметом дослідження є метод і алгоритми, що реалізують процес автоматичного розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі. Мета. Метою статті є розробка методу і алгоритмів автоматичного розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі, для модуля бортового контролера системи управління судном. Метод. Ця мета досягається періодичним, з тактом роботи бортового контролера, вимірюванням істинної швидкості судна і відносних швидкостей судна і цілей, усередненням виміряної інформації для видалення шумів, оцінкою істинних швидкостей цілей, побудовою, для отриманих оцінок істинних швидкостей цілей, областей допустимих управлінь розходженням з кожною ціллю шляхом чисельного перебору параметрів розходження (швидкості і курсу) на вузлах заданої сітки в області їх можливих змін, визначенням на вузлах сітки відносних швидкостей руху судна і цілей і перевіркою їх на не приналежність секторам небезпечних курсів, побудовою загальної області допустимих управлінь розходженням з усіма цілями шляхом об'єднання областей допустимих управлінь розходженням з кожною ціллю, вибором параметрів розходження із загальної області допустимих управлінь розходженням у відповідності із заданими критеріями. Це дозволяє розходитися з багатьма цілями, включаючи маневруючі, у повністю автоматичному режимі. Зміна критеріїв вибору параметрів розходження призводить до зміни поведінки судна при розходженні без зміни програмного коду. Результати. Розроблені метод та алгоритми реалізовані в програмному забезпеченні і досліджені шляхом вирішення задачі розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі, у повністю автоматичному режимі у замкнутій схемі з тренажером Navi Trainer 5000 для різних типів суден, цілей, районів плавання і погодних умов. Висновки. Експерименти підтвердили працездатність запропонованого способу і алгоритмів і дозволяють рекомендувати їх для практичного використання при розробці модулів автоматичного розходження з багатьма цілями, включаючи маневруючі, бортового контролера системи управління судном.