基于转向圆的 COLREGs 合规碰撞规避

本文提出一种基于转向圆控制屏障函数（CBF）的计算效率高的碰撞规避算法，符合国际海上防止碰撞规则（COLREGs）。传统CBF往往未充分考虑转向能力与规避方向，这些是开发COLREGs合规碰撞规避算法的关键要素。为克服这些局限性，我们引入由左转圆和右转圆分别推导的两种CBF。这两种函数基于交通船只与转向圆中心之间的距离来建立安全条件，从而有效确定规避方向和转向能力。该方法将CBF作为约束条件，构建二次规划问题，确保安全导航，而无需依赖计算密集的轨迹优化。该方法显著降低计算开销，同时保持性能相当于基于模型预测控制的方法。仿真结果验证了所提出算法在实现COLREGs合规、安全导航方面的有效性，展示了其在复杂海域环境中实现可靠高效运行的潜力。