[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

本發明公開了一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法，運用雙層規劃，先通過設備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，運用改進的蟻群算法規劃構建靜態航線，然后實時獲取其他無人艇的參數信息，構建動態平衡模型；與傳統單層規劃相比，只需及時計算動態避障，使得迭代時間更短，避障反應時間更快。進一步地，本發明引入無人艇損壞場景，考慮軍事戰爭情況下的無人艇避障模型，對航線進行曲線的插值擬合以及膨脹模型，使無人艇的航線光滑，模型實際運用能力更強。還有的是，通過無人艇受損情況分析，開啟膨脹模型，使得其他無人艇迅速避開受損無人艇，避免導致由損壞無人艇引發的次生破壞。

技術領域

本發明涉及無人艇避障協同的技術領域，尤其涉及到一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法。

背景技術

近年來，國家周邊海域安全問題也愈顯突出，需要盡快制定一套以無人艇為主導力量的海上攻防作戰系統。

目前，無人艇群在戰術應用場景的研究仍處于起步階段，更早地研究無人艇蜂群戰術，能使我國在無人艇戰術方面取得領先，有效提高海上防御能力。因此，提出了一個無人艇群(由多只無人艇組成的海上編隊)蜂群戰術，但考慮到無人艇是在二維海上平面作戰的，會對無人艇群造成次生破壞，而無人機并不會出現此情況，為此極其有必有提出一套無人艇蜂群作戰的避障方案。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種模型實際運用能力強、避障反應時間快、能解決因單艇損壞引發的次生破壞問題的多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：

一種多無人艇雙層路徑規劃與協同避障方法，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。

進一步地，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，N_c＝N_c+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；