[发明专利]一种分布式控制无人艇集群分簇编队方法

说明书

技术领域

本发明属于无人艇控制技术领域，具体地说是一种分布式控制无人艇集群分簇编队方法。

背景技术

无人艇是一种具有自主规划、自主航行能力，并可自主完成环境感知、目标探测等任务的小型水面平台，可承担情报收集、监视侦察、扫雷、反潜、精确打击、搜捕、水文地理勘察，反恐，中继通信等功能。无人艇根据使命的不同，可采用多种不同的模块，搭载不同的传感器或执行设备，执行任务也显示出多样性。

然而在未来战争中仅靠单艘无人艇自主作战难以适应复杂的战场环境，而具备有效协同策略的无人艇集群编队能更好的完成任务。因为多艘无人艇构成的无人艇集群能够减小整体航行的阻力，使无人艇集群在打击效果、成功率、侦查范围及规避概率均有提升。从而使无人艇集群能够在执行复杂任务、多任务和复杂环境下具有相对大的活动范围，更大的任务完成概率，以及更高的保障性。但是无人艇集群执行各种不同任务时会存在队形选择和任务指标优化问题。首先，无人艇集群执行不同任务时，不同队形选择不但会影响该任务的执行效果，而且会对任务链中的下一个任务产生额外的作用。特别是在同一区域执行不同的任务时，及时的队形变换可以使无人艇集群安全性提高，还能提升任务的执行效率。其次，对于一些突发的、额外的事件，队形变换有时是必须的、重要的。然而各任务的队形优化以及各任务优化与任务整体优化的关系，对于分布式控制、固定结构编队的队形控制存在着不可忽略的影响。因此各种不同的任务对无人艇集群队形的影响成为不可忽略的关键问题之一。

在早期，较多研究仅仅是简单的考虑任务对无人艇编队队形的控制，主要工作一般是在假定各任务已知的条件下，集群以每艘无人艇为一节点，对已知任务目标进行预先规划，从而进行编队控制，使无人艇集群在任务中保持某些指标最优化，例如航程最大化、侦查范围最大化等等。目前无人艇集群的队形控制、队形变换主要集中在单艘无人艇的研究方向，即从单艘无人艇为一簇点方面，考虑对任务性质的划分进行固定或者半固定队形的航路规划，而对无人艇集群在分布控制每簇，簇内集中编队这种联合状态下实现的可行性与优化研究较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分布式控制无人艇集群分簇编队方法，能够高效、灵活的变换无人艇集群的协作队形，具有安全、稳定、可靠的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种分布式控制无人艇集群分簇编队方法，包括以下步骤：

S1，采用信息融合技术中的贝叶斯网络和本体相结合的方法对目标区域进行环境感知；

S2，根据任务性质和航行环境，确定所需的无人艇数量，对无人艇集群进行分簇，并确定可行的编队形式；

S3，根据任务的优化指标和性能指标，从可行的编队形式中选出最优任务队形或者次优任务队形；

S4，仿真和测试，根据选出任务队形和航行环境进行建模模拟，对任务队形的鲁棒性和容错性进行测试；结束。

所述步骤S1具体包括：

从获取得到的环境原始数据中提取相关信息，该相关信息包括但不限于影响无人艇运行状态的水温、风速、影响编队队形的地形或深度，从而生成本体中预定义好的实例；

S102，利用基于规则的推理对实例进行推理，从而提高环境感知的准确性；

S103，利用基于贝叶斯网络的推理处理实例中的不确定数据；

S104,利用贝叶斯网络识别不确定事件及该不确定事件对当前任务的影响，该不确定事件包括环境不确定事件、无人艇状态不确定事件和任务执行不确定事件；

S105，将环境数据处理结果反馈给陆地控制台。

所述步骤S2还具体还包括：

对无人艇集群进行分层管理，分设成中心控制层、簇控制层和任务执行层；

中心控制层与陆地控制台进行数据的相互通讯，用于接收陆地控制台发出的控制信号同时向陆地控制台反馈数据信息，以及向各个无人艇簇发出控制指令；

簇控制层为各个无人艇簇的控制层，用于接收中心控制层的指令，以及向该簇内各个无人艇发送控制指令；

任务控制层为各个无人艇簇内执行任务性质的无人艇，用于接收控制层的控制指令及向控制层反馈采集到的数据；

陆地控制台对接收到的数据进行分析处理，得到下一阶段的控制指令。

所述无人艇簇的任务性质为单一任务性质或者由至少两种任务性质组合而成的复合任务性质，该任务性质包括侦查、火力掩护、火力进攻、干扰与反干扰、队形协调与控制或任务中突发情况的队形应急分配。

所述步骤S4具体包括：