多艇两层协同自动控制收缩围追方法技术

本发明专利技术属于无人艇控制领域，可用于水面追逃，具体涉及多无人艇围捕单逃跑船舶。追捕无人艇去围捕逃跑船舶分为两个层次。若逃跑船舶在被追捕无人艇形成的包围圈之外，则追捕无人艇采取包围的策略；若逃跑船舶在追捕无人艇形成的包围圈之内，则追捕无人艇采取缩小包围圈中的策略。追捕无人艇采取的策略在两种情况下切换，以保证围捕成功；本发明专利技术赋予了逃跑船舶与追捕无人艇相当的智能性，在逃跑船舶根据不同情况采取不同的逃脱策略的情况下，追捕无人艇仍然能追逃围追成功，使整个围捕过程更加贴合实际情况，提高了围追效率。提高了围追效率。提高了围追效率。

【技术实现步骤摘要】
多艇两层协同自动控制收缩围追方法


[0001]本专利技术属于无人艇控制领域，具体涉及多无人艇围捕单逃跑船舶。

技术介绍

[0002]无人艇是一种全自主感知、运行能力的水面艇。其具有体积小、航速高、续航能力强、操控性强、反应迅速等特点。通过多艘无人艇之间的合作可完成单艘无人艇所完成不了的相对复杂的规定任务，比如围捕。在大多数围捕方法中，逃跑船舶所采用的逃跑策略一般不具有智能性，只会直线行驶或者对追捕无人艇的运动毫无反应，而且被包围之后不会去反抗，与实际围捕情况差别很大。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供的多艇两层协同自动控制收缩围追方法，赋予了逃跑船舶与追捕无人艇相当的智能性，使逃跑船舶的逃跑策略具有理论基础支撑，而追捕无人艇也会采取对应的策略去追捕逃跑船舶。
[0004]根据本专利技术实施例的一方面，提供一种多无人艇围捕方法，包括：若逃跑船舶在追捕无人艇形成的包围圈之外，则追捕无人艇采取形成包围圈的策略；若逃跑船舶在追捕无人艇形成的包围圈之内，则追捕艇采取缩小包围圈中的策略；
[0005]在追捕无人艇对逃跑船舶形成包围圈过程，追捕无人艇需要到达以逃跑船舶为圆心，R
lar％e
为半径的圆的各自对应的势点，当每个追捕无人艇位置到达各自对应的势点之后完成包围；
[0006]势点位置G
i
(x
％i
,y
％i
)用下式表示出
[0007][0008]式中，x
％i
为势点横坐标，yr/>％i
为势点横坐标纵坐标，x
e
为逃跑船舶位置横坐标，y
e
为逃跑船舶位置纵坐标，N为追捕无人艇数量，i为第i个追捕无人艇，i∈[1,N]；
[0009]在追捕无人艇对逃跑船舶缩小包围圈过程，每个追捕无人艇与逃跑船舶之间依据双方的位置和速度形成对应的阿波罗尼奥斯圆，使相邻阿波罗尼奥斯圆两两相交，逃跑船舶没有逃脱的空间。
[0010]在一些示例中，N艘追捕无人艇生成N个阿波罗尼奥斯圆，相邻两两相交的阿波罗尼奥斯圆都有两个交点，距离逃跑船舶最近的交点记为I
i
，两者距离为P
e
I
i
，取所有P
e
I
i
最大值P
e
I
max
对应的交点I
max
作为逃跑船舶挣脱包围圈的目标点，形成交点I
max
的两艘追捕无人艇的运动方向朝向I
max
，以最快的缩短与逃跑船舶的距离，迫使其转向避碰而防止逃跑船舶冲出包围圈，而除此之外的追捕无人艇运动方向与逃跑船舶保持一致，以维持包围圈。
[0011]在一些示例中，追捕无人艇不断缩短其与逃跑船舶的距离，使双方距离满足P
pi
P
e
∈[R
small
,1.1R
small
]，以成功围捕逃跑船舶，其中追捕无人艇围捕成功时平均分布在以逃跑船舶为圆心，R
small
为半径的圆上。
[0012]在一些示例中，追捕无人艇之间应满足：
[0013][0014]D是追捕无人艇之间的安全距离，k2是安全系数，r_USV
p
是追捕无人艇的最大半径，θ为相邻两个追捕无人艇的夹角；
[0015]同时，追捕无人艇与逃跑船舶应满足：
[0016]R
small2
＝r_USV
p
+r_USV
e
+k1D
[0017]k1是安全系数，r_USV
e
是逃跑船舶的最大半径；
[0018]在求得R
small1
和R
small2
后，要同时满足追捕无人艇之间的安全距离需求，又要满足追捕无人艇与逃跑船舶之间的安全距离需求，则R
small
应满足：
[0019]R
small
＝max{R
small1
,
small2
}。
[0020]在一些示例中，
[0021]R
large
＝n
·
R
small
(n≥1)。
[0022]根据本专利技术实施例的另一方面，提供一种逃跑船舶反围捕方法，当逃跑船舶被多个追捕无人艇以所述的多无人艇围捕方法围捕时，逃跑船舶不断寻找并前往P
e
I
i
对应最大的交点I
max
，以冲出包围圈。
[0023]本专利技术的有益效果：赋予了逃跑船舶与追捕无人艇相当的智能性，使逃跑船舶在逃跑过程中会对追捕无人艇的行为采取一定的策略来逃跑和挣脱包围圈；而追捕无人艇也会依据与逃跑船舶的位置状态来调整策略。使整个围捕过程更加贴合实际情况。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0025]图1为本专利技术一实施例提供的多无人艇围捕方法架构图。
[0026]图2为本专利技术一实施例提供的多无人艇围捕过程形成包围圈势点示意图。
[0027]图3为本专利技术一实施例提供的单无人艇围捕单逃跑船舶模型示意图。
[0028]图4为本专利技术一实施例提供的无人艇围捕过程缩小包围圈示意图。
具体实施方式
[0029]追捕环境简化为二维平面，追捕无人艇与逃跑船舶可以互相探测到对方，也就是位置信息透明公开。第i艘追捕无人艇位置坐标为P
pi
(x
pi
,y
pi
)，速度为v
pi
，运动方向为β
pi
，r_USV
p
是追捕无人艇的最大半径，i∈[1,N]，N为追捕无人艇数目。逃跑船舶位置坐标为P
e
(x
e
,y
e
)，速度为v
e
，运动方向为β
e
，r_USV
e
是逃跑船舶的最大半径。追捕无人艇的目的就是围捕逃跑船舶，其判断标志是所有追捕无人艇到达逃跑船舶周围并且距离大于等于R
small
。假定追捕无人艇围捕成功时平均分布在以逃跑船舶为圆心，R
small
为半径的圆上，则相邻两个围捕无人艇的夹角θ满足：
[0030][0031]L是相邻追捕无人艇之间的弧长，满足：
[0032]2πR
small
＝NL
[0033]为了保证追捕无人艇之间的安全，D是无人艇之间的安全距离，k2是安全系数，则需要保证：
[0034]L≥2r_USV
p
+k2D
[0035]整理可得：
[0036][0037]同时，k1是安全系数，追捕无人艇与逃跑船舶应满足<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多无人艇围捕方法，其特征在于，包括：若逃跑船舶在追捕无人艇形成的包围圈之外，则追捕无人艇采取形成包围圈的策略；若逃跑船舶在追捕无人艇形成的包围圈之内，则追捕艇采取缩小包围圈中的策略；在追捕无人艇对逃跑船舶形成包围圈过程，追捕无人艇需要到达以逃跑船舶为圆心，R
large
为半径的圆的各自对应的势点，当每个追捕无人艇位置到达各自对应的势点之后完成包围；势点位置G
i
(x
gi
，y
gi
)用下式表示出式中，x
gi
为势点横坐标，y
gi
为势点横坐标纵坐标，x
e
为逃跑船舶位置横坐标，y
e
为逃跑船舶位置纵坐标，N为追捕无人艇数量，i为第i个追捕无人艇，i∈[1，N]；在追捕无人艇对逃跑船舶缩小包围圈过程，每个追捕无人艇与逃跑船舶之间依据双方的位置和速度形成对应的阿波罗尼奥斯圆，使相邻阿波罗尼奥斯圆两两相交，逃跑船舶没有逃脱的空间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，N艘追捕无人艇生成N个阿波罗尼奥斯圆，相邻两两相交的阿波罗尼奥斯圆都有两个交点，距离逃跑船舶最近的交点记为I
i
，两者距离为P
e
I
i
，取所有P
e
I
i
最大值P
e
I
max
对应的交点I
max
作为逃跑船舶挣脱包围圈的目标点，形成交点I
max
的两艘追捕无人艇的运动方向朝向I
max
，以最快的缩短与逃跑船舶的距离，迫使其转向避碰而防止逃跑船舶冲出包围圈，而除此之外的追捕无人艇运动方向与逃跑船舶保持一致，以维持包围圈。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋利飞，徐凯凯，史晓骞，陈侯京，茅云生，向祖权，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：