[發明專利]一種基于多無人艇協同的巡邏系統及方法

在審

• 申請號: 201810318518.8
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108445884A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 彭艷;葛磊;李小毛;謝少榮;羅均
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明公開了一種基于多無人艇協同的巡邏系統和方法。本系統包括單艇GPS/IMU模塊，單艇環境感知模塊，單艇導航避障模塊，單艇控制模塊，單艇運行情況監測模塊，無線傳輸模塊以及一個協同控制中心。協同控制中心依據巡邏任務需求和無人艇的情況來給參與巡邏任務的無人艇發送指令；無人艇和控制中心之間發送信息是通過無線傳輸模塊完成的；GPS/IMU模塊和環境感知模塊能夠分別實時給出艇的位置姿態信息和障礙物信息；導航避障模塊依據障礙物信息及協同控制中心所發出的運動目標點計算出接下來的運動速度大小及方向；控制模塊依據導航避障模塊所給出的運動目標指令，控制無人艇完成巡邏任務。本發明可靠合理，可以有效提高巡邏的高效性和穩健性。

技術領域

本發明涉及一種基于多無人艇協同的巡邏系統及方法，屬于無人艇協同應用技術領域和無人艇智能巡邏領域。

背景技術

無人水面艇是一個擁有自主運行能力的小型水面任務平臺， 它可以執行的任務種類非常多，除了對環境和目標進行檢測這些基礎功能之外， 還可以針對具體的任務類型，采用不同的模塊設備來完成任務目標。 目前由于其在軍事領域的杰出表現和前景，世界各國都對軍用無人水面艇的研發表現出很強烈的興趣。 同時因為無人水面艇在科研與民用應用中有著覆蓋范圍大、成本低的特點，所以無人艇在這些領域也有著廣泛的應用前景。

在海洋巡邏上，與使用無人艇來完成巡邏相比，使用普通艦艇更加耗費人力物力，而且由于人對于海洋的不適應以及人自身的不可靠性，普通載人艦艇的巡邏將更可能出現不能及時發現危險的情況，因此綜合來看，水面無人艇的智能化巡邏是一件利遠大于弊的事。

對于海洋上的巡邏任務來說，其巡邏區域一般較大；如果僅派單艘無人艇的話，會出現完成一次巡邏需要的時間過長，不能及時對特定的巡邏區域完成覆蓋的情況，并且當該無人艇發生故障時，巡邏任務將會出現無法繼續的情況。因此設計一個基于多無人艇協同的巡邏系統及方法是具有很大的價值的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多無人艇協同的巡邏系統及方法，解決了單艘艇的運動能力有限，對區域的覆蓋范圍較小的問題，另外在單艘艇發生故障時，該多艇巡邏系統能夠讓無故障的無人艇不斷調整其位置和姿態，保證巡邏覆蓋的有效性。本發明可以有效地提高巡邏的高效性以及巡邏系統的穩健性。

為達到上述要求，本發明的構思是：

依據需要進行巡邏的區域大小，選取多艘具有通信，路徑規劃，避障功能的無人水面艇共同完成巡邏任務；首先依據派遣無人艇的數量計算各個無人艇的巡邏起始位置，之后指定各個無人艇航行到起始位置并開始巡邏；在巡邏過程中，所有無人艇通過上傳自己的運行狀態信息并獲取接下來的運行指令，之后控制中心依據各個無人艇的運行健康情況，看是否繼續讓對應的無人艇繼續執行巡邏任務，并調節剩下的無故障的無人艇的所要達到的目標位置，從而對巡邏區域的覆蓋達到較好的控制。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種基于多無人艇協同的巡邏系統，包括一個在陸地上的協同控制中心，以及在艇上的單艇GPS/IMU模塊、單艇環境感知模塊、單艇導航避障模塊、單艇控制模塊、單艇運行情況監測模塊和無線傳輸模塊；其特征在于：所述的協同控制中心通過無線信號連接艇上各設備，并依據巡邏任務的特性、巡邏區域的大小、無人艇的個數以及各個無人艇的運動情況來給參與巡邏任務的無人艇發送指令；所述單艇GPS/IMU模塊能夠實時給出艇的位置和姿態信息；所述單艇環境感知模塊能夠實時給出海島、大陸的靜態障礙物信息及船只、艦艇等動態障礙物信息；所述導航避障模塊依據環境感知模塊所獲得的障礙物信息及協同控制中心所發出的運動目標點計算出接下來的運動速度大小及方向；所述單艇控制模塊能夠依據導航避障模塊所給出的運動目標指令，控制無人艇完成巡邏任務；所述單艇運行情況監測模塊對無人艇的故障情況進行監測，并通過無線傳輸模塊將監測數據發送給協同控制中心；所述無線傳輸模塊將無人艇的位置姿態，健康狀況信息及環境信息發送給協同控制中心進行處理。