[發明專利]一種基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法

在審

• 申請號: 202211323159.8
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115686004A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李可;潘佳梁;吳皓;叢濱;卜天翔;孫永飛;王哲夫;李建起;孟凱
• 申請（專利權）人: 南京長峰航天電子科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，包括：

在無人船編隊中選擇任意一艘船作為參考船，根據參考船的位置，計算得到編隊中其他船只的相對位置關系；

設定參考船的航線，根據各船只之間的相對位置關系以及預先編輯的隊形，生成編隊中其他無人船的航線；

設定參考船的航線數據，計算得到編隊其他船只的航線數據，分別存儲到對應的無人船上；

進入編隊航線后，各無人船根據自身本地存儲的航線數據分別行駛，并實時反饋自身位置信息與航段航行數據；

根據各無人船的航行數據計算當前航段實際到達時間，并與預先設定的理論到達時間進行比較，動態調整各船當前航速，使得整個航線保持隊形運動。

2.根據權利要求1所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，選擇無人船編隊中相對位置最前方的船只作為參考船。

3.根據權利要求1所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，所述根據各船只之間的相對位置關系以及預先編輯的隊形，生成編隊中其他無人船的航線，包括：

直線時與參考航線對應航段平行，轉彎時通過添加與轉彎起始與結束的弧線段相切的延長航線，保證隊形在開始與結束位置一致。

4.根據權利要求1所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，所述航線數據由數條航段的數據組成，每條航段的數據均包括起始點、到達點、速度、是否為轉彎信息。

5.根據權利要求1所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，統一編隊中各無人船的本地時間，采用到達時間作為動態規劃的收斂項。

6.根據權利要求1所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，對于所有的航線，其中的每一個航段都會根據參考航線的路程和速度計算自身的航段速度，其中：直線航行時，每一個航段的速度均與參考航線的速度保持一致，折線航行時，通過添加與轉彎起始與結束的弧線段相切的延長航線，計算編隊成員在延長航線與轉向過程中的速度。

7.根據權利要求6所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，所述直線航行時的計算公式如下：

對于航段S，可以將其分為n個航段S₁,S₂…S_n,使得：

S＝S₁+S₂+…+S_n

設S為參考航線，v₁,v₂…v_n為參考航線上各個航段的速度，則編隊成員a的航線上各個航段A₁,A₂…A_n,的速度v_a1,v_a2…v_an表示為：

8.根據權利要求6所述的基于無人船分散式編隊控制的路徑動態規劃方法，其特征在于，所述折線航行時的計算公式如下：

參考航線在轉彎后保持航速持續航行一段距離d，d等于參考船與編隊最末尾船所在直線的垂線的長度，在參考船開始轉向時，編隊其他船n進入一段預轉向直線航段d_n，到達轉向點后按照與d_n時同樣的速度沿弧線航段l_n轉向，終點為完成轉向后隊形中所在的位置，此時，編隊成員在延長航線與轉向過程中的速度v_an為：