[發明專利]一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法

有效

• 申請號: 201911206777.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111123913B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 袁澤超;陳學松;吳潤佳;許桂豪;林森林
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

1.一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：獲取出發點到目的地周圍的地形地貌情況，檢測障礙物與目標的位置；

S2：根據步驟S1獲取的信息采用改進的螞蟻算法規劃無人艇群的靜態航線；

S3：無人艇群沿著規劃的靜態航線航行，每只無人艇實時獲取周圍的其他無人艇參數，構建無人艇群系統動態平衡模型；

S4：當無人艇被標記損壞時，損壞無人艇勢力場消失，損壞無人艇開啟膨脹模型下的斥力場，然后根據損壞的無人艇的膨脹模型構建斥力場；

S5：各個無人艇根據所受斥力和引力計算其合力；

S6：求出無人艇的航行角度用拉格朗日插值法擬合航線；

S7：判斷無人艇是否遠離損壞的無人艇，若是，則進入步驟S8，否則返回步驟S5；

S8：判斷無人艇是否沿靜態航線航行并且系統達到動態平衡，否是，一直沿著靜態航線和勢力場相結合的雙層規劃線路航行，直至到達目的地；否則返回步驟S3；

所述步驟S2的具體過程如下：

S2-1：根據步驟S1所得信息初始化參數；

S2-2：將總的m只螞蟻隨機放在起始點上，清空禁忌列表；

S2-3：計算狀態轉移概率，并根據狀態轉移方程計算螞蟻下一步的節點；

S2-4：將每只螞蟻下一步的節點記錄在路徑表中，并將其添加到每個螞蟻的禁忌表中；

S2-5：重復至m只螞蟻走到下一個節點；

S2-6：更新信息素信息，迭代次數加1；

Δτ_ij表示本次循環中路徑(i，j)上的信息素增量，初始時刻Δτ_ij(t)＝0，表示第k只螞蟻在本次循環中留在路徑(i，j)上的信息量；

L_k為第k只螞蟻在本次循環中所走過的路徑長度，Q為信息素強度；

S2-7：滿足條件或者迭代次數達到最大；

S2-8：得到無人艇的靜態規劃路線；

S2-9：用插值法進行擬合曲線。

2.根據權利要求1所述的一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法，其特征在于，所述步驟S2-3中，計算狀態轉移概率的具體過程如下：

狀態轉移方程為：

其中，表示無人艇k從節點i轉移到節點j的概率,τ(i，j)表示螞蟻在路徑(i，j)上的信息素量；allowed_k＝{C-tabu_k}表示螞蟻k下一步允許選擇的節點，用禁忌tabu_k來記錄螞蟻k當前走過的節點，k＝1，2，…，m；α為信息素啟發因子，反映信息素積累量在蟻群搜索中的相對重要性；β為期望啟發因子，反映下一個目標點的距離在蟻群搜索過程中的相對重要性，且β值越大，則該狀態轉移概率越接近貪心規則，因此β和γ取值均不能太大，否則容易陷入局部最優，從而導致停滯；η(i，j)為啟發函數；

[λ(i，j)]^γ為節點i的導引因子，導引因子的大小與該節點離目標節點的距離成反比，避免狀態轉移過程中螞蟻搜索的盲目性，使螞蟻向著目標節點方向尋找下一個節點；

而啟發因子的代價主要為障礙物的威脅，和敵方武器、導彈、雷達威脅，設在無人艇可見范圍內，障礙物、雷達和導彈威脅分別為K_O、K_R、K_M，其第j個威脅點的坐標分別為(x_oj，y_oj)、(x_Rj，y_Rj)和(x_Mj，y_Mj)，節點i到威脅點j的威脅代價表示為：

上式中，

δ_O、δ_R和δ_M分別為障礙物、雷達和導彈威脅代價的權重，該節點的啟發函數等于該節點的總威脅代價的倒數，即因此當節點威脅代價小時，啟發函數越大，則能見度越高；反之，越低。