[发明专利]一种适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法

说明书

一种适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法，属于无人系统协同编队技术，包括探测模块、任务模块、控制模块、无人艇模块，其中，任务模块分别与探测模块、控制模块相连，控制模块分别与任务模块、无人艇模块相连。本发明有效了解决传统无人艇编队围捕普遍存在精准度不高的问题，通过构建无人机与无人艇编队，可实现无人机与多无人艇的高效海空联合围捕。本发明兼具精准定位、全航速控制、横摇稳定控制的特点和功能，可以满足无人机与多无人艇不同状态条件下围捕任务的开展，具有很强的适用性和实用价值。

技术领域

本发明涉及无人系统协同编队技术领域，具体是一种适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法。

背景技术

传统无人艇执行编队围捕任务时，往往依靠岸基主控台或舰载雷达来获取目标位置和速度信息，这种办法常常由于雷达角度、遮挡物如海岛等因素会出现部分时刻目标丢失的状况，极易给编队围捕增加执行难度。此外，无人艇在执行围捕任务时，一般都是高速航行状态，因此无人艇水动力参数、非线性阻尼都将发生巨大的变化，普通的控制方式无法同时满足无人艇低速巡逻和高速航行。与此同时，在围捕过程中，无人艇艇体要十分接近目标，由于距离很近，很容易受到目标产生的海浪影响，进而导致无人艇横摇加剧，影响艇载传感器的正常工作。

现有的无人系统编队联合执行任务，大多采用同构无人系统，即多无人艇或者多无人机，同构无人系统结构和航行控制一致，便于编队时的协同控制，即使有异构无人系统编队联合任务，也是采用了水面和水下的无人系统联合，同时应对海浪的海洋环境，相对方便控制，但是与同构无人系统联合执行任务一样，难以实现兼顾空中无人机的精准定位和水面无人艇的近距离工作，这使得无人系统能够执行的任务类型及其狭窄，因此，迫切需要一种间距精准定位、全航速控制、横摇稳定控制的方案来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法，来实现指导空中无人系统和水面无人系统的协同工作。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法，基于探测模块、任务模块、控制模块、无人艇模块来实现，其中，任务模块分别与探测模块、控制模块相连，控制模块分别与任务模块、无人艇模块相连，探测模块包括海事雷达和激光雷达，用于探测无人艇编队附近海域的运动目标；任务模块是指无人艇根据不同的任务需求可切换的三种模式：编队巡逻模式、平台稳定模式、围捕模式，无人艇模块是无人艇实艇；

基于上述结构，适用于异构多无人系统的海空联合围捕方法，包括以下阶段：

（1）编队巡逻阶段：无人艇编队基于任务模块中的编队巡逻模式，利用编队巡逻控制器对任务区进行巡逻，并依靠艇载探测模块对周围海域进行实时监测，如未探测到任何异常目标，无人艇编队继续执行巡逻任务，如若发现目标，任务模块进行任务切换，无人艇则进入目标侦察与监控阶段；

（2）未知目标侦察与监控阶段：当发现目标后，需要对该目标进行确认，以获取其准确的位置和具体的信息，主无人艇搭载小型无人机，利用平台稳定模式，通过控制模块的调节使主无人艇甲板十分平稳，便于无人机起降，无人机起飞后利用目标跟踪控制器对未知目标进行识别、跟踪和监测，与此同时，无人机应用机载探测设备获得目标与无人机的相对位置关系，进而确定更为精确的目标的位置，并将其结果和目标信息反馈给主无人艇；

（3）围捕阶段：主无人艇获取目标信息和精确位置后，将任务模块切换为围捕模式，依靠编队围捕控制策略，保证无人艇在高机动性能下依然具有优良的控制性能，实现对目标实行围捕。