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无人艇群体护航的行为融合编队方法研究
| 论文题名： | 无人艇群体护航的行为融合编队方法研究 |
| 关键词： | 无人艇群体;护航任务;编队集结;编队机动;编队重构;行为融合 |
| 摘要： | 2020年全球发生海盗和武装抢劫事件195起，相比2019年，增幅超过20％。2008年起，为保护航行在海盗活动频繁海域的中国船舶和人员的安全，中国海军已先后派出36批舰艇编队执行护航任务，为6800余艘中外船舶保驾护航。然而，为此付出的人力财力也是巨大的。相比于常规舰艇编队，采用无人艇群体执行护航编队任务可以极大程度地节省作业成本，减少人员伤亡。本文以面向护航任务的无人艇群体为研究对象，针对护航任务的编队集结阶段、编队机动阶段和编队重构阶段，讨论无人艇群体的协同编队方法，并开展半物理仿真试验研究。 首先，根据无人艇群体试验场景，搭建半物理仿真验证平台。介绍半物理仿真验证平台的系统组成，子系统的软件功能和半物理仿真验证平台的工作原理，为后续的仿真试验奠定基础。 然后，针对无人艇群体护航的编队集结问题，分析编队集结问题的数学模型，设计了基于距离信息的编队集结方法，解决基于位置信息的编队集结方法存在的集结策略不灵活、效率低等问题。通过Lyapunov理论，分析系统的稳定性。设计相同初始状态下的编队集结仿真试验，并与虚拟结构法（基于距离）进行对比，验证方法的优越性。设计不同初始状态下的编队集结仿真试验，验证算法的可行性。 其次，针对无人艇群体护航的编队机动问题，分析编队机动阶段的行为组成，引入零空间为融合思想，设计行为函数，改进行为融合策略，解决传统零空间行为融合算法存在的编队滞后、轨迹振荡等问题。通过Lyapunov理论，分析系统的稳定性。设计护航目标变航态和无人艇群体避障两种编队机动仿真试验，与传统零空间行为融合算法作对比，验证方法的可行性和优越性。 最后，针对无人艇群体护航的编队重构问题，考虑成员数量变化的情况，探究编队重构方法。根据离入队成员的不同，设计不同的编队队形库，解决编队重构队形选择的问题。引入事件触发机制，设计事件触发函数，解决编队重构时机过早，编队重构过程冗长等问题。设计成员数量变化的编队重构仿真试验，验证方法的可行性。设计无人艇群体护航全阶段的编队仿真试验，验证算法的有效性。 |
| 作者： | 葛宇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 廖煜雷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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