[发明专利]一种无人船事件触发分层协同控制系统

说明书

本发明公开了一种无人船事件触发分层协同控制系统，包括分布式事件触发状态观测模块、位置跟踪控制模块、通讯网络、无人船、目标船，分布式事件触发状态观测模块用于对相邻无人船进行实时监测，当邻居船的位置信息更新后，触发无人船对目标船的位置和速度信息进行观测，包括第一事件触发单元、分布式观测单元，位置跟踪控制模块用于对目标船的位置、角度和速度跟踪误差进行估计，触发无人船对目标船进行跟踪，包括跟踪控制单元、第三事件触发单元、降阶分布式观测单元，将分布式观测单元与跟踪控制单元分层设计，实现了各层之间的独立，通过各层的协作，有效降低了多无人船目标跟踪问题的复杂度，提高了多无人船目标跟踪控制系统的扩展性。

技术领域

本发明涉及水面无人船控制领域，尤其涉及一种无人船事件触发分层协同控制系统。

背景技术

当今时代，海洋在维护国家主权、安全和发展利益中具有极其重要的地位，水面无人船作为人类保护海洋和开发海洋的重要工具，凭借其无人化、小型化、智能化的优点，在军事、民用和科研领域得到广泛应用，因此各国相继加大了对其研究、开发和利用的力度，同时无人船的运动控制也受到了极大的关注，它们是研究、利用和开发海洋的重要工具，如环境监测、生物探测、搜索和救援以及传感器网络。然而在更多的情况下，单艘无人船可以完成的任务有限，效率也较低，所以目前大量的工作更致力于多无人船的协同控制。协同控制包括协同轨迹跟踪、协同路径跟踪、协同目标跟踪和协同目标包围，具体来说，协同目标跟踪是使多艘无人船跟踪移动目标，同时保持期望的队形并完成特定任务，协同控制使无人船能够执行更具挑战性的任务，提高了效率。此外，事件触发技术在控制和估计领域取得了迅速发展，它能根据系统当前的状态是否满足触发状态决定是否要触发。因此，对于在无人船事件触发分层协同控制器方面展开研究有着非常重要的现实意义。

在船舶目标跟踪方面，国内外相关领域已经进行了广泛的研究，并提出了许多研究方法。目前单无人船跟踪位置和速度信息已知的领导船的控制方法比较成熟。为了跟踪未知动态的领导船，国内外已经取得一些研究结果，有多种控制方法可用，如反步法、动态面控制、神经网络控制等方法。针对船舶领域目标跟踪问题，中国专利CN201910139524.1公开了一种基于TLD(Tracking-Learning-Detection)算法的无人船海域目标跟踪方法，使用TLD算法框架作为目标跟踪算法的基础，使用基于相关滤波的跟踪方法，提升船舶目标跟踪效果，并提高了跟踪速度。

从船舶目标跟踪方面来看，现有方法仍存在着以下不足：

第一，现有的目标跟踪方法依赖于目标的位置和速度信息，而位置和速度信息的获取是实现无人船运动控制的前提，无人船的运行受外部海洋环境影响很大，跟随船无法准确获得目标的速度信息。

第二，现有的大多数无人船的控制研究依赖于传感器的使用，而传感器的使用增加了无人船的生产和维护成本，无人船信息的获取也会过分依赖于传感器的可靠性，一旦传感器出现故障或干扰，无人船信息的获取就会中断，因此也会降低无人船的稳定性。

第三，现有的多无人船协同跟踪控制大都依赖于通信技术，然而在复杂多变的海洋环境中，通信带宽可能会受到限制，多无人船之间的数据传送能力也会因此降低，进而多无人船之间的协同控制也就会受到极大的影响。

发明内容

本发明提供一种无人船事件触发分层协同控制系统，以克服上述技术问题。

一种无人船事件触发分层协同控制系统，其特征在于，包括分布式事件触发状态观测模块、位置跟踪控制模块、通讯网络、无人船、目标船，

分布式事件触发状态观测模块用于获取目标船初始状态，根据目标船的初始状态定义相同状态的虚拟点，并通过通讯网络将虚拟点的状态信息发送至每一艘无人船，实时计算目标船和虚拟点之间的距离，当距离超过阈值时，触发执行虚拟点对目标船的位置估计，同时更新无人船的位置，并触发无人船之间的通讯，邻居船对无人船的位置进行监测，当无人船的位置信息更新后，触发邻居船根据更新的无人船的位置信息对目标船的位置和速度信息进行观测，包括第一事件触发单元、分布式观测单元，