【技术实现步骤摘要】
无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法
[0001]本专利技术涉及的是一种无人艇航迹规划领域的技术，具体是一种无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法。
技术介绍
[0002]基于无人艇(USV)的海上自主作业近年来受到世界各国广泛关注，USV具备体积小，速度快，布置灵活等优势，由于无需人的直接操控，使得海上作业的安全性大大提高，在海上救援、海洋调查等场景具有极佳的应用潜力。相比单艘USV，由多艘USV组成的无人艇集群能够弥补单艇可靠性不足，作业能力有限的劣势，具有更好的任务能力。而集群带来的主要问题是USV之间的相互配合较为复杂，这种复杂性主要表现在两个方面，一是集群之间的无人艇需要满足避碰要求，而是集群间的USV需要保持较为稳定的相对距离，因此USV编队技术对于提高USV集群的整体效能具有关键作用。
技术实现思路
[0003]本专利技术针对现有技术无法处理上层路径规划的实时更新，且没有针对艇群间的避碰要求提供解决方案不足，提出一种无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法，从全局路径规划、局部的集群控制以及单艇...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法，其特征在于，根据单艘无人艇在各个自由度的运动特性，建立单艇运动学模型并基于避障需求，通过A*算法进行单艇路径的动态重规划，得到全局路径规划生成的路径；建立无人艇集群模型，以全局路径规划生成的路径为参考线，通过改进Lattice规划算法生成集群中各无人艇的规划路径点；构建集群间单艇避障模型，在艇与艇之间或艇与障碍物之间距离过近的情况下，通过避障模型实现集群中各无人艇能够保持安全距离。2.根据权利要求1所述的无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法，其特征是，具体包括：步骤1)建立无人艇单艇模型：对于无人艇而言，通常忽略垂荡、横摇和纵摇3个自由度上的运动，在两艘坐标系下对无人艇的运动进行描述：选取地球坐标系X
E
‑
Y
E
作为参考坐标系，固连在无人艇上的坐标系X
B
‑
Y
B
作为无人艇坐标系，考虑N艘无人艇组成的集群系统，第i艘无人艇的运动学和动力学方程可由三自由度非线性模型描述为：η
i
＝R(ψ
i
)v
i
，，其中：ψ
i
为艏摇角，v
i
＝[u
i
，v
i
，r
i
]为第i艘无人艇的线速度和角速度向量，u
i
和v
i
分别为X
B
‑
Y
B
坐标系下的纵荡速度和横荡速度，r
i
为艏摇角速度，β
i
为侧滑角，η
i
＝[x
i
，y
i
，ψ
i
]为第i艘无人艇在参考坐标系下的位置和艏摇角度，τ
i
为控制输入，τ
dis
为由风浪及海洋环境引起的扰动输入，g
i
(v
i
)包括未建模流体动态和建模误差，无人艇坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵惯性质量矩阵惯性质量矩阵向心力和科氏力矩阵阻尼矩阵阻尼矩阵m
ij
，c
ij
，d
ij
均为常系数，无人艇在航行时由于横漂速度产生的侧滑角β
i
＝a tan2(υ
i
，u
i
)；步骤2)通过A*算法进行单艇路径的动态重规划，得到全局路径规划生成的路径：根据起始点坐标、目标点坐标、障碍物坐标及所占栅格大小，以A*算法通过最小化实际成本和启发式成本的总和选择后继点并得到起始点到目标点的无碰撞路径点；并在无人艇探测到周边障碍物时，将根据感知识别结果将障碍物位置及所占地图栅格大小加入到环境信息中，此时重新调用A*算法计算出新的无碰撞规划路径，直至探测不到新的障碍物为止；步骤3)建立无人艇集群模型：以两艘无人艇为例，分别为领航艇和跟随艇的位置和航向，l为领航艇和跟随艇之间的相对距离，l
x
和l
y
为两艘艇之间的横纵距离，和分别为领航艇和跟随艇的航向，在实际航行中，当给定领航艇的位置并确定两艘艇之间的相对距离和角度，则l
x
和l
y
的值为固定值，即跟随艇的位置唯一，所以可通过对编队间距(l
x
，l
y
)的控制来实现多艘无人艇编队控制，具体包括：
对其...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文焘，李昊，余墨多，邰能灵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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