[发明专利]一种基于CAPT算法改进的无人船集群任务规划方法

说明书

本发明提出了一种基于CAPT算法改进的无人船集群复杂任务下路径规划方法，该方法包括以下内容：针对CAPT算法无法解决复杂路径和避障的集群路径规划问题，将Theta*路径算法引入到集群路径规划中，解决了无人船集群的避障问题，最终实现了集群编队且目标位置可以任意分配的运动规划问题。本发明运用了基于无标号问题的CAPT算法，并引入Theta*算法在无人船遇到障碍物的情况下进行路径规划。本发明针对在有水面障碍物的复杂海况下无人船集群任务规划问题，提出将Theta*算法用于CAPT算法中距离代价矩阵的更新，在有障碍物情况下使用Theta*算法进行无人船路径规划并更新距离代价矩阵，达到用改进的CAPT算法进行无人船集群任务规划的效果，为无人船集群问题提供了新的思路。

技术领域

本发明属于无人船集群技术领域，尤其涉及一种基于CAPT算法改进的无人船集群任务规划方法。

背景技术

近年来，伴随着流体动力学、自动控制学、无人装备系统工程设计等技术的不断发展，以及无人装备在探索、搜查、巡逻、警戒等应用爆炸性增长的需求使无人系统成为当下世界各海洋科技强国争先推进的前沿技术。无人船作为无人驾驶的海上运载平台，可以执行长时间、低成本和大范围的海洋科研与工程任务，在民用领域具有极为广泛的潜在使用空间：如港口巡逻、领海监视、海上搜救、海洋环境监测、海底资源探测、海图绘制等多种用途。

无人驾驶船，简称为无人船，其英文为Unmanned surface vehicles或USV，它基于船舶，同时载有特殊功能设备包括控制设备以及通讯设备等，进而在水面执行某些特殊操作。无人船的控制操作主要是由海面上的远端母船以及陆地上的基站来完成的，控制中心可以通过无线电等通讯装置掌握无人船所收集到的各种数据信息。无人船相对于人工控制操作的船舶来说，具备着高速化、智能化以及模块化等独特优点。在军事上，无人船可以应用在包括侦察、搜救、巡逻以及监视等场合；在民用领域中，无人船的应用范围更加广泛，包括海面环境监测、水中目标搜索、灾害预警、海洋垃圾清理等方面。

单艘船只通常无法完成复杂的任务，而与之相对的是，多船协作形成的船舶编队在海事搜救、海洋资源探测和环境检测、舰队协同作战等方面具有容错性强、适应性好及执行效率高等多重优点。因此，通过对船舶编队的控制方法开展必要研究，完成对多船编队的有效控制，在军事国防、生产运输等领域具有宽广的应用范畴与广阔的发展前景。具体应用有编队探测、远洋补给与舰队协同作业等。

随着无人船所承担的任务越来越多样化，以及实际海洋环境的复杂多变，对于执行这些任务的单艘无人船而言，往往存在承载能力低、覆盖范围小、信息处理能力弱等缺点。而多船协作形成的船舶编队在海事搜救、海洋资源探测和环境检测、舰队协同作战等方面具有容错性强、适应性好及执行效率高等多重优点。通过对船舶编队的控制方法开展必要研究，完成对多船编队的有效控制，在军事国防、生产运输等领域具有宽广的应用范畴与广阔的发展前景。

发明内容

技术问题：针对在复杂海面情况下，多艘无人船需要变换队形，完成集群任务规划的需求，本发明提出一种基于CAPT算法改进的无人船集群任务规划方法，解决CAPT任务规划算法在航迹规划时无法实现避障的问题，将Theta*算法引入到CAPT算法中，实现无人船遇到障碍物的情况下进行路径规划。为CAPT算法在无人船集群方向的应用拓宽了思路。

技术方案：本发明提出一种基于CAPT算法改进的无人船集群任务规划方法，该方法包含以下步骤：

A、导入地图和同构无人船的起点终点，定义无人船位置状态向量X(t)和目标状态向量G，包括以下步骤：