基于集群运动控制的无人艇覆盖部署方法

发布时间：2021-04-03 04:27

　　为了实现水面无人艇集群对海面进行有效观测与监视,设计了一种新的部署算法,描述了控制集群运动的虚拟力模型,该模型仅使用邻居信息计算个体所受合力,在目标区域吸引力和水面无人艇之间的作用力下向目标区域行驶。仿真结果表明,水面无人艇集群最终部署位置在保持网络连通的同时,能够实现完全覆盖目标区域和避免无人艇之间的碰撞。该方法可应用于水面无人艇初始随机部署和初始聚集于母船的场景。 

【文章来源】：中国造船. 2020,61(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

USV之间的虚拟力U4dth

初始聚集于母船上的U0400800120016002000X/mY600400200（a）

61卷增刊1庄宇飞，等：基于集群运动控制的无人艇覆盖部署方法55目标区域11AF目标区域212A，F2AF图2目标点对USV的吸引力假设USV已获知目标区域质心的位置，并通过本地广播获得其邻居USV的位置，计算虚拟力。随后USV根据式（1）反复调整其速度及位置。因此，虚拟力运动控制分以下3个阶段进行：（1）起始。USV随机部署在给定区域中，并已知它们在区域中的位置。（2）运动控制。运动控制是迭代执行的。在每一次迭代中，每艘USV与其邻居范围的USV进行通信，其邻居可以接收iU的位置信息，同样iU可以获得它所有的邻居的位置信息。使用获得的局部信息，根据式（4）计算合力，然后根据式（1）计算期望速度。重复上述步骤，直到满足停止条件。（3）停止条件。在理想条件下，当每艘USV所受合力为0时，运动将会停止，但可能将会花费无穷次迭代。为了解决上述问题，本文设置当每艘USV的合力小于预定的阈值thF时，或者USV的连续震荡次数大于阈值thC时，USV停止移动。2仿真验证2.1仿真参数设置将所提出的算法应用于不同场景，改变USV的初始位置并记录仿真时间及USV运行状态，根据仿真结果验证所提出的覆盖策略的有效性。仿真参数设定如表1所示。表1区域覆盖仿真参数设置控制参数数值控制参数数值USV数量n22USV邻居期望距离dth/m340目标区域数量M3目标区域的吸引因子kA800USV通讯半径Rc/m500USV的之间作用力kar3500USV感知半径Rs/m200——2.2USV瞬时覆盖面积的最大化所需覆盖区域的面积为2000m2000m，USV的初始状态为随机分布状

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进双向RRT的无人艇局部路径规划算法研究[J]. 向金林,王鸿东,欧阳子路,易宏.  中国造船. 2020(01)
[2]复杂区域多UAV覆盖侦察方法研究[J]. 吴青坡,周绍磊,闫实.  战术导弹技术. 2016(01)



本文编号：3116613