為了實(shí)現(xiàn)水面無人艇集群對海面進(jìn)行有效觀測與監(jiān)視,設(shè)計(jì)了一種新的部署算法,描述了控制集群運(yùn)動的虛擬力模型,該模型僅使用鄰居信息計(jì)算個體所受合力,在目標(biāo)區(qū)域吸引力和水面無人艇之間的作用力下向目標(biāo)區(qū)域行駛。仿真結(jié)果表明,水面無人艇集群最終部署位置在保持網(wǎng)絡(luò)連通的同時,能夠?qū)崿F(xiàn)完全覆蓋目標(biāo)區(qū)域和避免無人艇之間的碰撞。該方法可應(yīng)用于水面無人艇初始隨機(jī)部署和初始聚集于母船的場景。 

【文章來源】：中國造船. 2020,61(S1)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

USV之間的虛擬力U4dth

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

61卷增刊1莊宇飛，等：基于集群運(yùn)動控制的無人艇覆蓋部署方法55目標(biāo)區(qū)域11AF目標(biāo)區(qū)域212A，F(xiàn)2AF圖2目標(biāo)點(diǎn)對USV的吸引力假設(shè)USV已獲知目標(biāo)區(qū)域質(zhì)心的位置，并通過本地廣播獲得其鄰居USV的位置，計(jì)算虛擬力。隨后USV根據(jù)式（1）反復(fù)調(diào)整其速度及位置。因此，虛擬力運(yùn)動控制分以下3個階段進(jìn)行：（1）起始。USV隨機(jī)部署在給定區(qū)域中，并已知它們在區(qū)域中的位置。（2）運(yùn)動控制。運(yùn)動控制是迭代執(zhí)行的。在每一次迭代中，每艘USV與其鄰居范圍的USV進(jìn)行通信，其鄰居可以接收iU的位置信息，同樣iU可以獲得它所有的鄰居的位置信息。使用獲得的局部信息，根據(jù)式（4）計(jì)算合力，然后根據(jù)式（1）計(jì)算期望速度。重復(fù)上述步驟，直到滿足停止條件。（3）停止條件。在理想條件下，當(dāng)每艘USV所受合力為0時，運(yùn)動將會停止，但可能將會花費(fèi)無窮次迭代。為了解決上述問題，本文設(shè)置當(dāng)每艘USV的合力小于預(yù)定的閾值thF時，或者USV的連續(xù)震蕩次數(shù)大于閾值thC時，USV停止移動。2仿真驗(yàn)證2.1仿真參數(shù)設(shè)置將所提出的算法應(yīng)用于不同場景，改變USV的初始位置并記錄仿真時間及USV運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證所提出的覆蓋策略的有效性。仿真參數(shù)設(shè)定如表1所示。表1區(qū)域覆蓋仿真參數(shù)設(shè)置控制參數(shù)數(shù)值控制參數(shù)數(shù)值USV數(shù)量n22USV鄰居期望距離dth/m340目標(biāo)區(qū)域數(shù)量M3目標(biāo)區(qū)域的吸引因子kA800USV通訊半徑Rc/m500USV的之間作用力kar3500USV感知半徑Rs/m200——2.2USV瞬時覆蓋面積的最大化所需覆蓋區(qū)域的面積為2000m2000m，USV的初始狀態(tài)為隨機(jī)分布狀

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)雙向RRT的無人艇局部路徑規(guī)劃算法研究[J]. 向金林,王鴻東,歐陽子路,易宏.  中國造船. 2020(01)
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本文編號：3116613