[发明专利]一种分布式海域跨介质异构系统一致性编队方法

说明书

本发明属于多智能体编队控制技术领域，具体涉及一种分布式海域跨介质异构系统一致性编队方法。海域跨介质系统包括四旋翼式水上无人机、鱼雷式水面无人船、鱼雷式自主水下潜航器，鱼雷式水面无人船需要维持水上无人机和水下潜航器的跨介质通信与信息交换的功能，因此需要保持在水面上，使必要的天线露出水面，由此在动力学模型上与水下潜航器产生维数不统一问题，本发明采用分块克罗尼克过程描述维数问题。本发明集合所有海域介质异构无人系统，实现了跨介质两种系统的异构，大大提高联合行动的能力和海域态势感知能力。本发明适合混合阶动力学模型和维数不统一的状态空间模型，在海域水面水下协同搜索与协同追踪方面具有应用前景。

技术领域

本发明属于多智能体编队控制技术领域，具体涉及一种分布式海域跨介质异构系统一致性编队方法。

背景技术

在海洋科考与探索活动中，常常需要对特定海域或目标进行搜索或追踪。传统的无人器探索手段比较单一，如单独的复杂水下潜航器，或者是水面无人船。这些机器人成本高昂，但往往探索区域有限。最近几年出现不少水面滑翔机或者水下无人潜航器进行一定数量的编队探索，虽然提高了海域探索范围，但是仅仅局限于一中介质中，(如水中编队或水上编队)。因此，水上-水面-水下的联合编队可以弥补上述缺陷，不仅可以扩大海域态势感知能力，还可以节约单个无人器的开发成本，产生1+1＞2的效果。

一致性控制问题是分布式协同控制领域的一个重要问题。其目的就是通过代理间局部信息的交互，使代理的状态趋向一致。编队控制是分布式一致性协同领域的应用热点。在机器人协作、无人机编队、协同运输、战场侦查等领域有大量的研究与应用。通常情况下，编队控制大致分为两类，一类是有领航者的编队跟踪控制，另一类是无领导者的编队成形控制。领航-跟随控制易于实现，但系统的状态过分依赖于领航者。无领航者的成形控制相比于领航-跟随控制而言，在鲁棒性上更具有优势。

海域跨介质系统异构性是编队系统的重要研究点。目前，比较充分的异构性研究与发明集中在陆用方面，即无人机和无人车的组合。在海域方面，无人潜航器和水面无人船的组合应用较早，虽然介绍协同合作的实际海上应用，但是没有涉及编队的问题，这样所能探知的范围十分有限。目前仍没有考虑UAV-UUV(无人飞行器-无人水下潜航器)跨介质编队问题研究与发明。跨介质主要指UAV与UUV联合通信与编队问题。由于两者一般不能直接通信，参考公开号CN 107231181 A的中文专利的介绍。实际中跨介质通信问题一般通过浮标来完成水下通信和水面通信的转换，但是考虑编队问题，浮标必须具有相应的机动能力才能保持与UAV与UUV的同步。因此，增加具有相同通信转换功能的USV(无人水面船)来完成动力学同步与通信连接，这样解决UAV-UUV跨介质通信问题的同时，也可以为其编队问题奠定可实现基础。UAVs-USVs-UUVs系统的组合可以大大提高海域的感知范围，在合作搜索，合作攻击等方面具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式海域跨介质异构系统一致性编队方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：获取海域跨介质异构系统的状态向量X＝[P_A V_A α_A β_A P_S V_S P_U V_U]；