[发明专利]一种基于改进领航者虚拟结构法的多AUV编队控制方法

权利要求书

1.一种基于改进领航者虚拟结构法的多AUV编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：AUV编队中的领航者AUV依靠自身携带的声呐传感器感知前方环境状态及障碍物的空间分布情况，并规划出至目标点的通行路径；所述的领航者AUV通过声呐传感器探测周围障碍物时采用障碍物扩张化的方式，增加障碍物的狭窄程度，保证AUV编队安全通过；AUV编队能够安全通过障碍物区域的水平最大宽度为D_1,max，垂直最大宽度为D_2,max；

步骤2：计算当前AUV编队收缩度p(p₁,p₂)；

其中，编队收缩度是指使AUV编队的队形维持现有刚性结构体不变，只在队形大小上实现收缩的参数；p₁为AUV编队的水平收缩度；D₁为AUV编队结构的水平宽度；p₂为AUV编队的垂直收缩度；D₂为AUV编队结构的垂直宽度；

步骤3：根据当前AUV编队收缩度p(p₁,p₂)执行相应的编队避障策略；

当p₁≥1p₂≥1时，表明领航者AUV前方的空间足够大，水平通过空间距离与垂直通过空间距离都满足可以让AUV编队顺利通过的安全距离，AUV编队不改变现有队形，直接通过；

当p_m＜p₁＜1p₂≥1时，AUV编队通过压缩水平宽度D₁通过障碍物区域；其中，p_m表示AUV编队的队形收缩度的阈值，即保证编队中各AUV不发生相互碰撞的收缩度的最小值；

当p₁≥1p_m＜p₂＜1时，AUV编队通过压缩垂直宽度D₂通过障碍物区域；

当p_m≤p₁＜1p_m≤p₂＜1时，AUV编队采取整体收缩的策略，即同时进行垂直方向与水平方向上的收缩行为，以保证AUV编队能够顺利通过障碍物区域；AUV编队顺利经过障碍物区域后能够根据AUV编队收缩度p(p₁,p₂)进行队形复原；

当p₂＜p_m,p₁≥p_m或p₁＜p_m,p₂≥p_m时，表明障碍物区域的通过空间过于狭窄，超过跟随者AUV能够进行合理收缩的最大极限，AUV编队通过偏移避开障碍物区域；

当p₁、p₂均小于p_m时，避障策略判断条件均不成立，表明AUV编队无法通过收缩与偏移策略避开障碍物区域，当前领航者AUV继续进行路径规划将导致编队破坏，此时应用启发式评价函数动态切换领航者AUV，通过改变AUV编队整体运动轨迹，进行新的路径规划，具体步骤为：

步骤3.1：当前领航者AUV决定切换领航者时，向AUV编队的其他成员发送指令；

步骤3.2：AUV编队成员收到指令后进行自身评价，并将结果发送给领航者AUV；

其中，g(x)为AUV编队成员x由初始位置运动到当前位置时所剩余的能量；E为单个AUV所配备的能源总量；α表示控制剩余能源指标所占评价总指标大小的折扣因子；h(x)取决于当前位置至目标点的最优路径，路径越短，h(x)值越大；γ表示调节迭代步数大小的参数因子；β表示控制任务规划指标所占评价总指标大小的折扣因子；p(x)指标针对AUV编队系统中存在异构AUV或成员个体之间的配置差异；σ表示AUV个体特异性指标所占评价总指标大小的折扣因子，p(x)的具体函数情况及σ的具体值针对不同AUV编队构成情况进行设计；

步骤3.3：选取评价函数f(x)值最高的AUV作为新的领航者，带领编队运动；原领航者AUV切换为跟随者角色；若有两个及以上AUV的评价函数f(x)值相等，则采用路径最短最优先的方式选取，若路径相等时，则随机选取其中一个AUV成为新领航者。