[发明专利]一种基于圆周分层规划的UUV集群编队队形形成方法

说明书

本发明公开了一种基于圆周分层规划的UUV集群编队队形形成方法，包括初始化设置UUV主从身份指令，设置队形形成参数，期望队形指令；队形形成后，UUV保持定点、定艏向，并确定主从身份；UUV集群进行位置和艏向信息交互；主UUV对从UUV进行分散机动规划，并发送分散机动目标点；从UUV分散机动，机动完成后告知主UUV；主UUV对从UUV先后进行径向和周向机动规划，并先后发送径向机动和周向机动目标点；从UUV先后进行径向机动和周向机动，机动完成后告知主UUV；主UUV向从UUV发送队形形成成功指令，UUV集群编队队形形成。本发明可使UUV集群从初始随机分布、杂乱无序的形态，快速、安全的形成期望队形。

技术领域

本发明涉及一种基于圆周分层规划形成UUV(水下无人航行器，UnmannedUnderwater Vehicle)集群编队期望队形的方法，属于UUV编队控制领域。

背景技术

UUV在民用海洋领域和军事海洋领域方面发挥着越来越重要的作用。但是单UUV的个体能力有限，无法完成复杂的作业任务。而UUV集群由于具有功能冗余、空间分布的特点，可以通过相互之间的协作，增强作业能力、提高作业效率，完成复杂的作业任务。通常UUV集群会采用保持某种期望队形的编队形式进行作业，因此编队控制技术是UUV集群的关键技术之一。而UUV集群编队控制首先要解决的问题就是队形形成问题。UUV集群编队队形形成是指UUV集群从初始随机分布、杂乱无序的几何形态，经信息交互、自主规划、协调机动后，形成某一期望几何队形的过程。

在队形形成的研究中，常用的方法是人工势场法，人工势场法是建造势场函数，然后通过研究反馈控制律来完成队形的形成。此外还有其他的一些方法，比如允许UUV自主切换控制律实现期望的队形，还可以在图形理论框架上进行研究，完成期望队形。但是以上的各种方法在应用的过程中都要求每个UUV之间能进行实时通信，存在大量的信息的传输，并且随着UUV数量的增加，控制策略将会变得更加复杂。对此，找到一种简单易实现的方法使UUV集群能够自主形成期望队形就显得尤为重要。

申请号为201811229466.3的专利文件中公开了“一种用于无人设备集群控制的多体队形重构方法”，主要解决leader-follower模式的控制算法中无人设备集群受到干扰工况的多体队形重构方法。首先该专利采用的是实时计算飞行并调整集群飞行队形的方法，与本发明的利用先规划后机动的队形形成方法不同。其次该专利重点提出了一种建立与所述当前队形关联的概率密度函数，通过调整集群中被控物体的位置，减小交叉熵的队形重构方法，与本发明重点解决通过分阶段规划机动目标位置点进行队形形成的方法不同。

申请号为201810390428.X的专利文件中公开了“无人机对性控制方法”，主要解决编队成员不需已知某些全局信息生成任意队形的无人机编队队形分布式控制方法。首先该专利是利用编队内各无人机生成各自的目标编队位置形成目标基准队形的方法，与本发明利用主UUV获取所有UUV信息，进行机动位置点统一规划的队形形成方法不同。其次该专利重点提出了一种虚拟分配操作下生成编队内各成员的目标编队位置并朝它飞行，使无人机集群形成目标基准队形的方法，与本发明重点解决通过分阶段规划机动目标位置点进行队形形成的方法不同。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种基于圆周分层规划的UUV集群编队队形形成方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于圆周分层规划的UUV集群编队队形形成方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化，设置UUV主从身份指令，设置队形形成参数，期望队形指令；