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本课程属于：012-水下AUV自主导航与路径规划 交通船舶与海洋工程 · 共 20 门相关课程，组合学习更完整。
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AUV避障感知与路径规划教程

共计 30 章节
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01
课程导入与AUV避障系统总览
介绍AUV避障感知与路径规划的整体架… · 核心挑战 · 典型应用场景（如海底测绘
AUV课程导入
02
AUV运动学与动力学建模基础
讲解AUV六自由度运动学方程 · 动力学模型（包括附加质量 · 阻尼
AUV运动学
03
水下环境感知传感器选型与配置
分析前视声呐 · 侧扫声呐 · 多波束声呐
水下环境感知传感…配置
04
声呐图像预处理与增强
针对声呐图像噪声大 · 对比度低的特点 · 讲解滤波去噪
声呐图像预处理增强
05
水下目标检测与障碍物识别
介绍基于传统特征（如纹理 · 形状）和深度学习（如YOLO · Faster R-CNN）的声呐图像…
水下目标检测障碍物识别
06
基于前视声呐的障碍物距离估计
讲解声呐回波时间 · 波束角与目标距离的关系 · 实现障碍物距离与方位的估计
基于前视声呐的障…讲解声呐回波时间
07
AUV位姿估计与传感器融合
介绍卡尔曼滤波 · 扩展卡尔曼滤波及因子图优化在AUV位… · 融合IMU
AUV位姿估计
08
水下SLAM与地图构建基础
讲解视觉SLAM与声呐SLAM的基本… · 重点介绍基于EKF-SLAM和因子图… · 并分析其在避障路径规划中的作用
SLAM水下
09
局部栅格地图构建与更新
介绍基于声呐和位姿信息的占据栅格地图… · 包括栅格概率更新 · 射线投射模型
局部栅格地图构建更新
10
全局路径规划算法（A*与Dijkstra）
讲解A*和Dijkstra算法的原理 · 启发函数设计及在栅格地图上的实现 · 并完成一个静态环境下的全局路径规划仿…
Dijkstra全局路径规划算法
11
基于采样的路径规划（RRT与PRM）
介绍RRT · RRT*和PRM算法的基本原理与改进… · 分析其在复杂水下环境中的适用性
RRTPRM
12
局部避障算法（VFH与动态窗口法）
讲解向量场直方图（VFH）和动态窗口… · 设计AUV局部避障控制器 · 并在动态障碍物场景中进行仿真验证
VFH局部避障算法
13
人工势场法与改进策略
介绍人工势场法的基本原理 · 局部极小值问题及改进方法（如斥力函数… · 虚拟目标点）
人工势场法改进策略
14
模型预测控制在避障中的应用
讲解模型预测控制（MPC）的基本原理 · 设计基于MPC的AUV避障控制器 · 考虑动力学约束与障碍物约束
模型预测控制避障
15
基于强化学习的避障策略
介绍深度强化学习（如DQN · DDPG · PPO）在AUV避障中的应用
基于强化学习的避…DQN
16
路径规划中的海流影响与能耗优化
分析海流对AUV路径跟踪与能耗的影响 · 讲解考虑海流的最优路径规划方法（如能… · 时间最优）
路径规划海流影响
17
三维路径规划与地形跟随
针对水下三维环境 · 讲解三维A* · 三维RRT等算法
三维路径规划地形跟随
18
动态障碍物预测与避碰
介绍动态障碍物运动预测方法（如卡尔曼… · 轨迹预测） · 设计动态避碰策略
动态障碍物预测避碰
19
多AUV协同避障与路径规划
讲解多AUV协同避障的体系结构 · 通信约束与冲突消解方法 · 设计一个多AUV协同避障仿真实验
AUV协同避障
20
避障系统的实时性与计算资源优化
分析AUV嵌入式平台的算力限制 · 讲解算法加速（如模型剪枝 · 并行计算）与任务调度策略
避障系统的实时性计算资源优化
21
仿真环境搭建与AUV模型集成
介绍基于ROS · Gazebo或UE4的水下仿真环境搭… · 集成AUV动力学模型与传感器模型
AUV仿真环境搭建
22
感知与规划系统联合调试
讲解感知模块与规划模块的接口设计 · 数据同步与联合调试方法 · 完成一个感知-规划闭环的仿真实验
感知规划系统联合调试
23
水池实验设计与数据采集
介绍AUV水池实验的设计原则 · 传感器标定与数据采集流程 · 并完成一次水池环境下的避障感知数据采…
水池实验设计数据采集
24
实测数据回放与算法验证
利用水池实验数据回放 · 验证感知与规划算法 · 分析算法在真实数据上的性能与不足
实测数据回放算法验证
25
湖试/海试中的避障系统部署
讲解AUV外场试验的流程 · 风险控制与避障系统部署要点 · 分析外场试验中的典型问题与解决方案
湖试海试
26
避障性能评估指标与测试方法
介绍避障成功率 · 路径长度 · 能耗
避障性能评估指标测试方法
27
典型故障分析与鲁棒性设计
分析传感器故障 · 通信中断 · 算法失效等典型故障
典型故障分析鲁棒性设计
28
AUV避障系统集成项目（一）
需求分析与方案设计 · 完成避障系统的需求分析 · 传感器选型
AUV避障系统集成项目
29
AUV避障系统集成项目（二）
算法实现与仿真测试：基于项目一的设计 · 实现感知与规划算法 · 在仿真环境中进行集成测试与性能优化
AUV避障系统集成项目
30
AUV避障系统集成项目（三）
实验验证与成果展示 · 撰写实验报告并进行成果展示与答辩
AUV避障系统集成项目