[发明专利]一种无人船协同编队的水下探测方法

权利要求书

1.一种无人船协同编队的水下探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)后台处理器进行环境信息采集，获取待探测区域的GPS坐标,同时建立数据库；若该区域之前已经进行水域勘测任务，则调用之前检测到的障碍物信息，用于后面的栅格建模；建立数据库是用于存储勘测得到的探测数据信息；

(2)利用步骤(1)中的环境信息建立栅格地图，为后续的区域覆盖路径和点到点全局路径规划做准备；栅格地图中存储着是否有障碍物和是否已覆盖的信息，在任务进行中该信息会随着探测更新；

(3)将N搜无人船编队，依次给出序号1～N，该序号在之后的任务中不会变化；随后根据编队队形确立无人船相对位置，初始化各无人船位置，准备执行探测任务；选择一种覆盖方法得到巡航路径，该巡航路径给出一系列子目标栅格单元；若在协同探测中其中一搜无人船出现故障，则改编队形以适应新的无人船数量继续任务；

(4)同一编队的无人船作为一个整体开始进行探测；首先选择一种巡航路径，该巡航路径给出一系列子目标栅格单元，然后整个编队从巡航路径的起始点栅格开始探测；无人船编队在从一个栅格运动到另一栅格的过程中，每个无人船的超声波探头实时进行测量，获得的数据，与GPS给出的坐标位置通过通信模块回传到后台处理器，储存到后台处理器的数据库中；后台处理器对整个无人船编队的探测数据进行融合分析，在执行探测任务时，若其中一个无人船的超声探头测到水面附近有障碍物或水下地形不足以无人船通过，则先暂停探测任务，进行避障，同时更新栅格信息，在之后路径规划中会绕开该点；待远离障碍物后，先检测无人船是否还保持编队队形，若队形已打散则先进行重新编队后再重新开始探测；

(5)第一次覆盖结束，即是按照巡航路径遍历了一遍后，检测地图中是否存在未覆盖区域；若有，继续执行下一步骤，若没有，证明该区域已经全部探测过，结束探测任务；

(6)当区域中存在一个或多个未覆盖区域时，找出最近的未覆盖区域，若有多个则随机选择一个，然后采用点到点全局路径算法规划一条较优路径，让无人船编队根据该路径到达该未覆盖区域，执行点到点任务；在驶向未覆盖区域时，也需检测水面是否有障碍物以及水下地形是否能让无人船通过；若不能通过，则需先暂停点到点任务，并进行避障；同时更新栅格信息，在之后的路径规划中会绕开该点；待远离障碍物后，先检测无人船是否还保持编队队形，若队形已打散则先进行重新编队后再重新开始探测；到达未覆盖区域后，按照步骤(4)所提方法继续探测任务，随后转到步骤(5)。

2.根据权利要求1所述的一种无人船协同编队的水下探测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，编队队伍中多无人船的体系结构是集中式控制方式或是分布式控制方式；在集中式控制方式中存在一个领航者。

3.根据权利要求2所述的一种无人船协同编队的水下探测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在协同探测中编队中的无人船出现故障的处理是:若是集中式控制方式，任意跟随无人船出现故障后，告诉领航者，然后领航者将以剩下的无人船数量重新编队出发执行任务，且在重新编队中领航者无人船不变；若是分布式控制方式，任意无人船出现故障后，告诉后台服务器，然后以剩下的无人船数量重新编队出发。

4.根据权利要求1所述的一种无人船协同编队的水下探测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，利用超声波探头探测附近是否有障碍物或水下地形是否能让无人船通过，故每只无人船的船体下方前、左、右三个方向装有超声波探头来避免搁浅和碰撞水下障碍物；同时在船体上方前、左、右三个方向装有超声波探头，用于测量船体前方180°的数据，避免碰撞船体周围障碍物。

5.根据权利要求2所述的一种无人船协同编队的水下探测方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(6)中的避障过程，若是集中式控制方式，任意无人船检测到障碍物后,将该消息告知领航者,然后停止编队任务，开始自主执行避障任务，直到远离障碍物后通知领航者，又恢复编队任务；在该无人船检测到障碍物时，领航者得到该消息后，将忽略该无人船，带领剩余无人船继续保持队形减速前进甚至停止，等待该无人船避障后，领航者将告知其现在所需到达的GPS位置坐标，待其恢复队形再以之前速度继续任务；若是分布控制方式，任意无人船检测到障碍物后,将该消息告知后台服务器,然后停止编队任务，开始自主执行避障任务，直到远离障碍物后通知后台服务器，又恢复编队任务；在该无人船检测到障碍物时，后台服务器得知消息将通知剩余无人船继续保持队形减速前进甚至停止，等待该无人船避障后，后台服务器将告知其现在所需到达的GPS位置坐标，待其恢复队形再以之前速度继续任务。