【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人艇运动控制，具体而言，尤其涉及一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法。
技术介绍
1、近年来，无人水面艇(asv)因其成本效益高、机动性卓越以及技术能力先进，在学术界和工业界引起了广泛关注。在无人艇的众多应用中，动态覆盖概念尤为关键。动态覆盖技术指的是控制装备有限探测范围传感器的移动无人艇，以高效的方式覆盖指定区域。这一技术在资源勘探、地理测绘以及紧急救援等多个领域展现出显著的实际价值和深远的研究前景。
2、在无人艇动态覆盖方面，国内外已取得相应的研究成果。b.xing等人提出了一种增强型深度强化学习方法，解决了无人艇完全覆盖路径规划的难题。y.ma等人提出了一种改进的ba*算法，克服了由于环境建模的高精确度要求以及连续性不足所带来的限制。s.shriyam等人提出了一种粒子群优化算法，用于在无人艇探测率约束下计算最优区域划分。
3、在动态覆盖传感器应用方面，l.dou等人基于传感器间的噪声位置测量，设计了具有输入约束的覆盖控制律，使移动传感器网络收敛到最优配置的邻域内。b.liu等人研究了传感器的连续移动对移动传感器网络覆盖的动态影响，采用博弈论的方法推导出传感器和入侵者的最优移动策略。y.qu等研究了未知环境下移动传感器网络的有限时间动态覆盖问题，提出了一种切换控制策略，以保证在有限时间内实现对整个任务域的期望覆盖。
4、针对无人艇动态覆盖问题，已经有了一些可行的技术方案，但现有的方法仍然存在以下问题：
5、第一、现有的无人艇动态覆盖方法中，很大一部分聚焦于
6、第二，现有的无人艇实时动态覆盖方法中，大都需要进行重规划，导致消耗更多的计算资源。
7、第三、现有的动态覆盖传感器应用中，智能体大都配备各向同性感知能力的传感器，不适用于机载相机等各向异性传感器。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法。本专利技术针对多艘无人艇，设计了基于锥形传感器的动态覆盖方法，无需根据实际的海况重新规划轨迹，节省了大量的计算资源和时间；在此基础上，设计了基于锥形避碰函数的避碰控制算法，实现了无人艇间的安全避让以及与障碍物的有效避障。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，包括：
4、s1、构建无人艇的运动学模型；
5、s2、基于构建的无人艇的运动学模型，设计传感器累计覆盖水平；
6、s3、基于构建的无人艇的运动学模型，设计标称动态覆盖控制律；
7、s4、基于构建的无人艇的运动学模型，设计避碰控制律；
8、s5、基于构建的无人艇的运动学模型，设计安全动态覆盖控制律。
9、进一步地，步骤s1，具体包括：
10、s11、将无人艇运动学系统的模型方程描述为：
11、
12、式中，xi为无人艇在地球坐标系下的x轴坐标；yi为无人艇在地球坐标系下的y轴坐标；ψi为艏摇角；ui为纵荡速度；νi为横漂速度；ri为艏摇角速度；
13、s12、将步骤s11中的公式进行改写，如下：
14、
15、式中，为无人艇的合速度；φi＝ψi+βi为实际航向角；βi＝arctan(νi/ui)为侧滑角，
16、s13、将无人艇运动学系统的输入端与无人艇速度信号ui、ri以及侧滑角速度βid相连；将无人艇运动学系统的输出端与无人艇位置信息pi＝[xi,yi]t以及实际航向角φi相连。
17、进一步地，步骤s2，具体包括：
18、s21、建立锥型传感器模块
19、锥型传感器模块的输入端分别与预定义的区域覆盖点无人艇的位置信息pi以及实际航向角φi相连，经过下列变换得到锥型传感器模块的输出端信号si：
20、
21、上式中，mi为峰值感知水平；ri为感知半径；为预定义的覆盖域；
22、s22、建立覆盖水平计算模块
23、覆盖水平计算模块的输入端与锥形传感器模块的输出端信号si相连，经过下列变换得到覆盖水平计算模块的输出端信号q：
24、
25、式中，q即为无人艇累计覆盖水平；c*为期望的覆盖水平；k为正常数。
26、进一步地，步骤s3，具体包括：
27、s31、建立动态覆盖模块
28、动态覆盖模块的输入端分别与锥形传感器模块的输出端信号si、覆盖水平计算模块的输出端信号q以及侧滑角速度βid相连，经过下列变换得到动态覆盖模块的输出端信号和ricov：
29、
30、式中，为速度覆盖控制律；ricov为角速度覆盖控制律；h(v)＝(max{0,v})3；和均为正常数；βid的值由观测器估计而来，在本实施例中，认为它是已知的。
31、进一步地，步骤s4，具体包括：
32、s41、建立避碰控制模块
33、避碰控制模块的输入端与无人艇的位置信息pi相连，经过下列变换得到避碰控制模块的输出端信号
34、
35、式中，i,m＝1,...,n,i≠m；pim＝pi-pm；对于全体无人艇i＝1,...,n均有ri＞dicol＞0；dicol为避碰距离，即无人艇之间的最小安全距离；
36、s42、建立避障控制模块
37、避障控制模块的输入端分别与无人艇的位置信息pi、障碍物的位置信息相连，经过下列变换得到避障控制模块的输出端信号
38、
39、式中，k＝1,...,no；对于全体无人艇i＝1,...,n均有ri＞diobs＞0；diobs为无人艇与障碍物质心之间的最小安全距离；
40、s43、建立角度控制模块
41、角度控制模块的输入端分别与无人艇的位置信息pi、实际航向角φi相连，经过下列变换得到角度控制模块的输出端信号wij：
42、
43、式中，ηij＝atan2(yj-yi,xj-xi)-φi，i＝1,...,n,j＝1,...,n+no,i≠j；对于全体无人艇i＝1,...,n均有αi＞ζi＞0；αi是无人船配备锥形传感器的最大感应角度；ζi是无人船实施角度控制的最小角度；
44、s44、建立锥形避碰模块
45、锥形避碰模块的输入端分别与避碰控制模块的输出端信号避障控制模块的输出端信号以及角度控制模块的输出端信号wij相连，经过下列变换得到锥形避碰函数aij：
46、aij＝ξijqij+(1-ξij)vij
47、式中，qij＝vijwij，ξij是引入的过渡函数，其定义如下：
48、
49、结合引入的过渡函数ξij，将锥形避碰函数aij进行改写，如下：
50、
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【技术保护点】
1.一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤S1，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤S2，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤S3，具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤S4，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤S5，具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤s1，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于各向异性感知的无人艇动态覆盖方法，其特征在于，步骤s2，具体包括：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘陆，焦仕剑，孟纪陶，彭周华，王安青，王浩亮，古楠，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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