[發明專利]一種異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法

有效

• 申請號: 202011611944.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112612212B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王曰英;陳匯資;成敏;周衛祥;吳乃龍;嚴懷成;楊希祥;羅均
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 鄭州翊博專利代理事務所(普通合伙) 41155
• 代理人: 付紅莉

1.一種異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）無人機對未知目標的識別與跟蹤：海事雷達捕獲未知的動態目標，岸基中控系統向無人機下達目標跟蹤指令，無人機在跟蹤控制器的控制下到達動態目標上空并對未知目標進行實時監控，與此同時無人機將目標信息傳輸至岸基中控系統；岸基中控系統根據所獲目標信息確定該目標是否合法，當該目標為合法船只時，無人機返航；當其為非法船只時，岸基中控系統根據該目標信息迅速確定參與驅離的無人艇類型與數量，并制定驅離方案；

（2）構建無人機與無人艇通信連結：無人艇編隊接到驅離命令后，立即與無人機建立通信連接，無人艇編隊包括主無人艇，主無人艇與其余無人艇保持通信連接，無人機與主無人艇之間采用點對點無線網橋通信鏈路的方式互相通信；

（3）多無人艇編隊航行：主無人艇艇載工控機以無人機位置為目標點，合理的規劃路徑，并根據目標位置動態變化來不斷優化路徑，其余無人艇與主艇保持編隊航行；無人艇編隊航行時，主無人艇采用目標跟蹤控制器，其余無人艇選擇編隊保持控制器；

（4）無人機-多無人艇協同驅離：當無人艇編隊到達非法船只附近時，執行預先制定的驅離方案；為防止無人艇在復雜海況下部分艇載儀器功效下降，在協同驅離階段以無人機為通信和導航中繼。

2.根據權利要求1所述的異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：所述目標跟蹤控制器包括路徑規劃模塊和滑模控制模塊，路徑規劃模塊包括廣義預測控制律、驅動器、無人機/無人艇名義模型、初級路徑規劃模塊和路徑二次優化模塊，廣義預測控制律分別與無人機名義模型相連，驅動器分別與廣義預測控制律、無人機名義模型相連，路徑二次優化模塊分別與初級路徑規劃模塊和無人機名義模型相連；所述路徑規劃模塊首先將非法目標的初始位置傳輸至初始路徑規劃模塊，利用實時適應性A*搜索算法規劃出初始路徑，而后利用廣義預測控制機制對無人機/無人艇的名義模型進行目標跟蹤控制，得出基于名義模型的路徑，之后又將初始路徑與基于名義模型的路徑同時傳輸至路徑二次規劃模塊，利用雙向快速擴展隨機樹算法得出符合運動學特性的優化路徑，最終將該優化路徑傳輸至滑模控制模塊。

3.根據權利要求2所述的異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：所述滑模控制模塊包括滑模面、切換控制律、切換增益更新律、等效控制律、驅動器、模糊邏輯神經網絡、干擾觀測器；切換控制律分別與滑模面、切換增益更新律相連，等效控制律則分別與滑模面、驅動器、模糊邏輯神經網絡、干擾觀測器相連。

4.根據權利要求1所述的異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：所述編隊保持控制器采用模糊PID控制的方式，包括PID控制律、模糊更新律、驅動器，PID控制律分別與模糊更新律、驅動器相連；所述模糊更新律以無人艇的編隊誤差和誤差的變化率為輸入，以微分時間常數、積分系數、微分系數為輸出。

5.根據權利要求1所述的異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：所述無人機與主無人艇同時搭載Kongsberg的MBR 179型號的通信設備，采用全向天線，通信半徑為45km，通信帶寬為1~15Mb，無線頻段為4900MHZ~5900MHZ，防水等級達到IP66；其余無人艇則選用UBNT生產的RM5系列AP作為無線通信基站，該無線通信基站同樣采用全向天線，通信半徑為2km，通信帶寬為1~15Mb。

6.根據權利要求1所述的異構多無人系統編隊與協同目標驅離方法，其特征在于：所述驅離方案為半菱形編隊包圍策略。