[發明專利]一種基于CAPT算法改進的無人船集群任務規劃方法

在審

• 申請號: 202210231373.4
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114815805A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 劉瀏;陳展鵬
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

1.一種基于CAPT算法改進的無人船集群任務規劃方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

A、導入地圖和同構無人船的起點終點，定義無人船位置狀態向量X(t)和目標狀態向量G；

B、定義無人船目標分配矩陣并初始化，該目標分配矩陣用來將N艘無人船從各自起點分配到N個目標位置；

C、計算從任意第i艘船的起點到任意第j個終點的軌跡距離y_i，j或d_i，j得到N艘無人船分配軌跡的距離矩陣D，其中，i＝1，2…N；j＝1，2…N，矩陣D的第i行第j列元素D_i，j∈R^N*N；

D、設置無人船避碰約束條件，并根據步驟C中無人船分配距離矩陣D求解最優無人船任務分配矩陣φ^*；

E、按步驟D中求出的最優分配矩陣φ^*進行任務分配時，計算所有無人船行駛的終止時間t_f和最終軌跡y^*(t)。

2.根據權利要求1所述的一種基于CAPT算法改進的無人船集群任務規劃方法，其特征在于，步驟A的方法如下：

(1)加載二值圖格式的有障礙物的地圖，將該二值圖轉換為只包含0和1的矩陣，有障礙物的點為1，無障礙物的點為0，設定無人船的船長為L，也即最小避碰半徑，集群無人船規模與無人船的目標位置數量相同為N，需要完成的無人船集群規劃任務是尋找將N艘同構無人船從N個起點分配到N個終點的最優分配矩陣和每艘無人船的無碰撞軌跡，并且保證各無人船之間、無人船和障礙物之間無碰撞；讀取N艘同構無人船的N個起點和需要分配到的N個終點的坐標，定義第i艘無人船在t＝0時刻的初始位置為x_i(0)∈Rⁿ，第j個目標位置為g_j∈Rⁿ；

(2)定義在t時刻的無人船位置狀態向量X(t)和目標狀態向量G，設無人船在軌跡行駛過程中t時刻的系統狀態向量X(t)＝[x₁(t)^T，x₂(t)^T，...，x_N(t)^T]，系統目標狀態向量G＝[g₁^T，g₂^T，...，g_N^T]，其中，x_i(t)為t時刻第i艘船的位置坐標，T為矩陣轉置符號。

3.根據權利要求2所述的一種基于CAPT算法改進的無人船集群任務規劃方法，其特征在于，步驟B的方法如下：

定義目標分配矩陣將N艘無人船從各自起點分配到N個目標位置：其中目標分配矩陣的第i行第j列的元素表示：如果無人船i從起點x_i被分配到第j個目標位置g_j，則為1，否則為0；將初始化為大小為N*N的單位矩陣；即：

上述矩陣一共有N個1；

定義增廣分配矩陣其中，I_n為N*N的單位矩陣，代表求取克羅內克積。