[發明專利]一種無人艇/船編隊航線快速規劃方法

在審

• 申請號: 202310230948.5
• 申請日: 2023-03-12
• 公開（公告）號: CN116483072A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 劉帥;劉乃道;李冠;張凱麗;李勇;史榮林
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七〇七研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

本發明涉及一種無人艇/船編隊航線快速規劃方法，本發明根據計劃參考航線和編隊隊形相關參數，快速生成編隊成員航線，用于多軌跡導引跟蹤控制，同時供指揮控制人員進行態勢參考，提高集群任務規劃計算效率。本發明的優點在于，利用參考航線直接快速計算生成集群成員航線并用于引導跟蹤控制，相較于采用單軌跡導引跟蹤，此方法可提供更為直觀的集群態勢參考，使集群成員在丟失領導者運動參考信息后仍可沿指定航線運動從而保持隊形，從而有效改善集群系統魯棒性。

技術領域

本發明屬于無人艇路徑規劃技術領域，尤其是一種無人艇/船編隊航線快速規劃方法。

背景技術

在高動態、高不確定性的海洋環境中，單個無人艇面對各類復雜任務往往存在作業能力受限，效率低下的問題，海洋航行器呈現出智能化化、網絡化、集群化的發展趨勢，多無人艇協同實現集群化作業可大大提高作業效能，執行各種更為復雜的任務。

多無人艇/船協同實現集群化作業關鍵需要對無人艇/船編隊航線快速規劃，解決該問題的方法一般分為耦合式規劃方法和解耦式規劃方法。耦合式路徑規劃方法是將多個無人艇組成的集群視為一個整體，進行搜索和規劃，常用的搜索方法有人工勢場法(APF)、概率路線圖法(PRM)、快速搜索隨機樹(RRT)。此類方法通常具有較高的計算效率，但忽略了各成員姿態變化和相互間的相對運動情況。解耦式路徑規劃方法則是對每個機器人進行獨立路徑規劃，之后再通過沖突點協調的方式對多個獨立路徑進行調整和修改，常用的方法包括啟發式算法、基于沖突的搜索算法、基于預留區域的方法。此類算法所規劃出的路徑對解決編隊內部沖突具有更好的效果，但是計算量和復雜程度較高，一定程度上增加了集群成員間相互協調的計算負擔。

發明內容

本發明的目的是在于克服現有技術的不足之處，提供一種無人艇/船編隊航線快速規劃方法。

本發明的上述目的通過如下技術方案來實現：

一種無人艇/船編隊航線快速規劃方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：指定一條參考航線和隊形參數，其中隊形參數包括但不限于需要生成的航線數目、航線間隔、編隊類型、方位角；

步驟2：進行參考航線校驗，檢查航線是否穿越礙航區或限制水域；是則修改原航線重新規劃，否則進行步驟3；

步驟3：讀取參考航線和顯示參數，獲取海圖顯示比例尺與投影方式；

步驟4：對參考航線所包含航路點列表進行坐標轉換，轉換為屏幕坐標，并將坐標依次存入新的航路點列表；

步驟5：判斷屏幕坐標參考航線航路點列表包含航路點個數N₀是否大于等于2，是則進入步驟6，否則輸出參考航線不完整，并修改步驟1所指定的參考航線；

步驟6：判斷N₀是否大于等于3，否則進入步驟7，是進入步驟8；

步驟7：根據步驟1指定的全部隊形參數，計算生成單段形式編隊航線，以航路點列表形式存儲生成的單段形式編隊航線；

步驟8：根據步驟1指定的隊形參數，計算生成多段形式編隊航線，以航路點列表形式存儲生成的多段形式編隊航線；

步驟9：根據步驟3所獲取參數對步驟7、步驟8所得航路點列表進行坐標轉換，將屏幕坐標轉為經緯度坐標，并保存至新的經緯度坐標形式航路點列表中；

步驟10：進行編隊航線校驗，依次檢查各成員航線是否穿越礙航區或限制水域，是則提示監控人員修改航線，否則進入步驟11。

步驟11：輸出編隊航線。

而且，所述步驟1的具體實現方法為：集群監控人員通過遙控終端手動規劃或者自動生成一條參考航線，需要生成的隊形參數包括航線數、航線間隔、編隊類型、方位角，由監控人員通過遙控終端指定。