[发明专利]一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法及系统

权利要求书

1.一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法，其特征在于，包括：

建立无人船编队模型及无人船运动学模型；所述无人船编队模型，包括：超级领导者、至少两个虚拟领导者、多艘无人船及用于无人船编队之间相互通讯的通讯网络；

根据从通讯网络中获取的邻居无人船和邻居虚拟领导者的参考位置信号，得到所述受控无人船的参考点的包含误差信号；

根据从通讯网络中获取的第k艘虚拟领导者的路径参数及所述包含误差信号，以及第k艘虚拟领导者与超级领导者之间的路径参数偏差，得到更新的虚拟领导者的参考路径信息，并更新所述包含误差信号；

根据更新的所述参考路径信息和包含误差信号，得到受控无人船的参考点和参考位置信号；并根据所述受控无人船的参考点和参考位置信号，生成受控无人船的向量场信号；

根据所述向量场信号得到制导信号；受控无人船通过跟踪所述制导信号，在通讯网络的拓扑结构发生改变时，受控无人船与虚拟领导者之间的跟踪误差快速收敛至零并保持。

2.根据权利要求1所述的一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法，其特征在于，所述无人船运动学模型，表示为：

其中，下角标i代表第i艘无人船，即所述受控无人船；x_i、y_i、ψ_i分别代表无人船在地球坐标系下的x轴、y轴上的位置以及艏摇角；u_i、v_i、r_i分别代表无人船在船体坐标系下的纵荡速度、横漂速度和艏摇角速度。

3.根据权利要求2所述的一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法，其特征在于，所述根据从通讯网络中获取的邻居无人船和邻居虚拟领导者的参考位置信号，得到所述受控无人船的参考点的包含误差信号，包括：

所述邻居无人船的参考位置信号表示为其中分别为邻居无人船参考位置信号的横、纵坐标；同时将受控无人船的位置参考信号发送到通信网络中；

所述邻居虚拟领导者的参考位置信号，表示为：

p_kr(θ_k)＝[x_k(θ_k)，y_k(θ_k)]^T，其中θ_k是从通讯网络中获取的路径参数；

通过式(2)计算第i艘无人船的参考点的包含误差信号，表示为：

定义为通讯拓扑图，其中，为边缘集，和分别表示M个跟随者节点和N-M个虚拟领导者节点，为一个超级领导者节点，(i，j)表示节点i从节点j获取信息，当(i，j)∈ε时，a_ij＝1；当时，a_ij＝0；当(i，k)∈ε时，a_ik＝1；当时，a_ik＝0。

4.根据权利要求3所述的一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法，其特征在于，所述根据从通讯网络中获取的第k艘虚拟领导者的路径参数及所述包含误差信号，以及第k艘虚拟领导者与超级领导者之间的路径参数偏差，得到更新的虚拟领导者的参考路径信息，并更新包含误差信号，包括：

对式(2)进行求导后得到第k艘虚拟领导者的参考路径信息，表示为：

其中，w_k为第k艘虚拟领导者的分布式路径参数更新律；

通过式(4)计算第k艘虚拟领导者的分布式路径参数更新律w_k，表示为：

其中，为路径参数更新增益，

通过式(5)计算第k艘虚拟领导者与超级领导者之间的路径参数偏差表示为：

其中，

5.根据权利要求4所述的一种切换通讯拓扑下无人船编队规划与制导方法，其特征在于，所述根据更新的所述参考路径信息和包含误差信号，得到受控无人船的参考点和参考位置信号，包括：

通过式(6)计算第i艘无人船的参考点，表示为：

其中，为增益矩阵，和均为控制增益。