一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，包括在无人船编队中选择任意一艘船作为参考船；设定参考船的航线数据，计算得到编队其他船只的航线数据，分别存储到对应的无人船上；进入编队航线后，各无人船根据自身本地存储的航线数据分别行驶，并实时反馈自身位置信息与航段航行数据；根据各无人船的航行数据计算当前航段实际到达时间，并与预先设定的理论到达时间进行比较，动态调整各船当前航速，使得整个航线保持队形运动，本发明专利技术在海上通信质量较差，无人船编队相距距离较远，实际航行时实时性的保障较差的情况下，保证了航行编队的队形稳定。保证了航行编队的队形稳定。保证了航行编队的队形稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法


[0001]本专利技术涉及一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，属于无人船控制


技术介绍

[0002]无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的水面机器人。这种“水面机器人”融合了船舶控制、通信、自动化控制、远程监控和网络化系统等多项技术，实现了自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等多项功能。作为一种新型技术手段，无人船已经在海洋调测、海上防务等领域得到了广泛应用。
[0003]在无人船行驶过程中，经常会遇到由风、浪等引起的高海况。在高海况下，无人船容易出现倾覆、失速或飞车等情况，因此，高海况下的无人船控制方法，直接关系到无人船的行驶安全和任务适用性。目前，无人船控制方法能够保证低海况下无人船的平稳行驶，但当遇到高海况时，现有的无人船控制方法无法依据海况对无人船进行自适应控制，进而无法保证无人船在高海况下的平稳行驶，大型无人船编队方阵规模大，船只之间相对距离远，海上通信受限船之间数据交互不畅，实际航行时实时性的保障较差，以及大型船只转向复杂、转弯半径大，大型无人船加减速控制时长等问题均亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，在海上通信质量较差，无人船编队相距距离较远，实际航行时实时性的保障较差的情况下，保证了航行编队的队形稳定。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，包括：
[0007]在无人船编队中选择任意一艘船作为参考船，根据参考船的位置，计算得到编队中其他船只的相对位置关系；
[0008]设定参考船的航线，根据各船只之间的相对位置关系以及预先编辑的队形，生成编队中其他无人船的航线；
[0009]设定参考船的航线数据，计算得到编队其他船只的航线数据，分别存储到对应的无人船上；
[0010]进入编队航线后，各无人船根据自身本地存储的航线数据分别行驶，并实时反馈自身位置信息与航段航行数据；
[0011]根据各无人船的航行数据计算当前航段实际到达时间，并与预先设定的理论到达时间进行比较，动态调整各船当前航速，使得整个航线保持队形运动。
[0012]进一步的，选择无人船编队中相对位置最前方的船只作为参考船。
[0013]进一步的，所述根据各船只之间的相对位置关系以及预先编辑的队形，生成编队
中其他无人船的航线，包括：
[0014]直线时与参考航线对应航段平行，转弯时通过添加与转弯起始与结束的弧线段相切的延长航线，保证队形在开始与结束位置一致。
[0015]进一步的，所述航线数据由数条航段的数据组成，每条航段的数据均包括起始点、到达点、速度、是否为转弯信息。
[0016]进一步的，统一编队中各无人船的本地时间，采用到达时间作为动态规划的收敛项。
[0017]进一步的，对于所有的航线，其中的每一个航段都会根据参考航线的路程和速度计算自身的航段速度，其中：直线航行时，每一个航段的速度均与参考航线的速度保持一致，折线航行时，通过添加与转弯起始与结束的弧线段相切的延长航线，计算编队成员在延长航线与转向过程中的速度。
[0018]进一步的，所述直线航行时的计算公式如下：
[0019]对于航段S，可以将其分为n个航段S1,S2…
S
n
,使得：
[0020]S＝S1+S2+
…
+S
n
[0021]设S为参考航线，v1,v2…
v
n
为参考航线上各个航段的速度，则编队成员a的航线上各个航段A1,A2…
A
n
,的速度v
a1
,v
a2
…
v
an
表示为：
[0022]进一步的，所述折线航行时的计算公式如下：
[0023]参考航线在转弯后保持航速持续航行一段距离d，d等于参考船与编队最末尾船所在直线的垂线的长度，在参考船开始转向时，编队其他船n进入一段预转向直线航段d
n
，到达转向点后按照与d
n
时同样的速度沿弧线航段l
n
转向，终点为完成转向后队形中所在的位置，此时，编队成员在延长航线与转向过程中的速度v
an
为：
[0024]进一步的，所述根据各无人船的航行数据计算当前航段实际到达时间，并与预先设定的理论到达时间进行比较，动态调整各船当前航速，使得整个航线保持队形运动，包括：
[0025]根据航线规划时的各个航段的路程A
n
和设定速度V
n
，得到当前航段的理论到达时间；
[0026]通过计算各个航段的到达时间，把整条航线的航行过程拆分为n条航段的航行过程；
[0027]当无人船在航段A
n
航行时，根据其当前位置计算出当前航段的剩余路程A'
n
；
[0028]根据当前航速V'
n
，得到实际剩余到达时间t'0，理论剩余到达时间t0通过V
n
得到，通过比较，当t0大于t'0时，速度较快，将速度减少Δv，当t0小于t'0时，速度较慢，将速度增加Δt，Δt的值根据预确定的匹配规则匹配获得，通过调整，最终使得：
[0029][0030]以上过程在无人船通过的每个航段实时动态进行，使得每一个航段的t'0收敛于t0；通过保证每一个航段的实际到达时间与理论到达时间吻合，使得整个航线保持队形运动。
[0031]进一步的，所述无人船编队保持队形运动，直到到达航线终点，到达终点后保持到达的航向减速航行，直至停止，期间无人船能够响应于人工控制信号进行手动调整。
[0032]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0033]1、本专利技术提供一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，通过设置参考船作为“领航者”，但参考船只用来生成其他编队成员船运动航线，在实际编队运动时不根据参考船运动状态调整其他船位置，而是船只根据自身到达时间对自身速度航向进行修正，在海上通信质量较差，无人船编队相距距离较远，实际航行时实时性的保障较差的情况下，保证了航行编队的队形稳定。
[0034]2、本专利技术提供一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，将航线划分为数个航段，根据到达时间动态调整，实现了无人船编队航行中队形的动态保持。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例提供的队形编辑示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的编队航线生成示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例提供的转弯半径过小导致无法保持队形示意图；
[0038]图4是本专利技术实施例提供的在起始与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，包括：在无人船编队中选择任意一艘船作为参考船，根据参考船的位置，计算得到编队中其他船只的相对位置关系；设定参考船的航线，根据各船只之间的相对位置关系以及预先编辑的队形，生成编队中其他无人船的航线；设定参考船的航线数据，计算得到编队其他船只的航线数据，分别存储到对应的无人船上；进入编队航线后，各无人船根据自身本地存储的航线数据分别行驶，并实时反馈自身位置信息与航段航行数据；根据各无人船的航行数据计算当前航段实际到达时间，并与预先设定的理论到达时间进行比较，动态调整各船当前航速，使得整个航线保持队形运动。2.根据权利要求1所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，选择无人船编队中相对位置最前方的船只作为参考船。3.根据权利要求1所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，所述根据各船只之间的相对位置关系以及预先编辑的队形，生成编队中其他无人船的航线，包括：直线时与参考航线对应航段平行，转弯时通过添加与转弯起始与结束的弧线段相切的延长航线，保证队形在开始与结束位置一致。4.根据权利要求1所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，所述航线数据由数条航段的数据组成，每条航段的数据均包括起始点、到达点、速度、是否为转弯信息。5.根据权利要求1所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，统一编队中各无人船的本地时间，采用到达时间作为动态规划的收敛项。6.根据权利要求1所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，对于所有的航线，其中的每一个航段都会根据参考航线的路程和速度计算自身的航段速度，其中：直线航行时，每一个航段的速度均与参考航线的速度保持一致，折线航行时，通过添加与转弯起始与结束的弧线段相切的延长航线，计算编队成员在延长航线与转向过程中的速度。7.根据权利要求6所述的基于无人船分散式编队控制的路径动态规划方法，其特征在于，所述直线航行时的计算公式如下：对于航段S，可以将其分为n个航段S1,S2…
S
n
,使得：S＝S1+S2+
…
+S
n
设S为参考航线，v1,v2…
v
n
为参考航线上各个航段...

【专利技术属性】
技术研发人员：李可，潘佳梁，吴皓，丛滨，卜天翔，孙永飞，王哲夫，李建起，孟凯，
申请(专利权)人：南京长峰航天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：