水下无人航行器系统群体协同控制办法

摘要

本发明公开了一种水下无人航行器系统群体协同控制办法，利用色标作为区别障碍物和参与配合航行器的特征，基于前向摄像头采集到的图像提取色标特征，根据有效障碍物的位置、1号无人航行器发现2号无人航行器时所在的位置、2号无人航行器的位置确定候选区域，通过候选区域候选点的计算H(p)值确定航行器最优的信号传递点，实现无人航行器的快速定位和精准的信息传递与配合计算。本发明的水下无人航行器系统群体协同控制办法，解决了现有技术中AUV在导航定位时，会随着时间积累而产生定位误差的问题。

说明书

技术领域

本发明属于水下无人航行器的控制方法技术领域，涉及一种水下无人航行器系统群体协同控制办法。

背景技术

水下无人航行器作为一种新型的海洋开发手段，作用显而易见。其发展可追溯到上世纪50年代，美国科研人员将摄像机存储于密封设备中并放置海底，这便是有缆式水下无人航行器的雏形。到了80年代末期，随着多项支撑技术的迅速发展，则带动了自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)相关技术的革新。由于AUV设备本身不需要系揽，其在水下作业过程更为灵活、便捷高效，因此其发展受到很大的重视。

根据水下航行器与水面支持设备间的不同联系方式，可以将其分为：有缆水下航行器和无缆水下航行器。AUV作为一种新型水下智能机器人，能够完成水下海底搜索、调查、识别等目的，是一种经济安全可靠的设备。其优点主要包括：可运动的范围更广、可下潜深度更深、安全性能高、隐蔽性强、噪声较小辐射小等，近年来越来越受到各方重视，特别是军方和工业界。近20年来，随着AUV研究的深入，其应用领域也在不断增多，如深海研究、海洋科考等。目前，AUV最主要还是在以下几个领域得到有效应用：海洋环境监测、洋底资源调查等方面。伴随着AUV研究中的难点的不断攻破及技术上的迅速发展，其在科研领域和商业应用领域都会有更广的应用前景。而在军事领域，现在各国的主要研究方向及应用领域有：扫雷排雷、航道调查、收集情报等。

目前AUV协同导航定位，根据单体AUV结构的不同可以分为两种：(1)并行式，即系统中每个AUV的功能和结构相同，使用各自的导航系统进行导航定位，通过水声通信获得“伙伴”AUV的位置信息，但并行式的结构简单，每个AUV都需要装备高精度的导航设备，使得成本增加很多倍；(2)领航式，即系统中少量领航AUV装备高精度的导航设备，大量跟随AUV装备低精度导航设备，跟随AUV通过获得与领航AUV的位置关系提高自身导航精度，并通过水声通信确定自身在系统中的位置，但领航式在导航定位的过程中，会随时间累积而产生定位的误差。因此，在AUV共同工作时，群体协同控制的方法就成为一个关键性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下无人航行器系统群体协同控制办法，解决了现有技术中AUV在导航定位时，会随着时间积累而产生定位误差的问题。

本发明所采用的技术方案是，水下无人航行器系统群体协同控制办法，具体按照如下步骤实施：

步骤1，初始化若干个自主水下无人航行器，并进行编号依次为1，2，3，…，N，设定1号无人航行器与2号无人航行器同时启动且1号无人航行器最先接收信号，其余无人航行器的待机时间依次为(N-2)·X分钟；

步骤2，1号无人航行器启动后主动接收信号，接收到信号后利用其自带的前置摄像头完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器，每个无人航行器上均贴设有彩色色标，1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别即就是识别2号无人航行器上贴的彩色色标，同时，2号无人航行器在启动后主动调整自己的位置和接收姿态，使得其时刻保持朝向信号发出的方向，即就是朝向1号无人航行器的方向；

当1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器后，1号无人航行器运动到信号传递点，然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向，并将信号传递给2号无人航行器；

步骤3，2号无人航行器在接收到信号后，此时2号无人航行器按照步骤2中1号无人航行器的工作过程，待3号无人航行器启动后，3号无人航行器按照步骤2中2号无人航行器的工作过程，将2号无人航行器在接收到信号传递给3号无人航行器，依此类推，依次将信息传递至最后一个序号的无人机航行器。

本发明的特征还在于，

步骤2中1号无人航行器运动到信号传递点然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向即就是1号无人航行器运动到信号传递点然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向即朝向识别的彩色色标的标识方向。

步骤2中当1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器后1号无人航行器运动到信号传递点中的信号传递点按照如下方式确定：

首先以O

H(p)＝0.5*∑h

其中，h

其中，X

本发明的有益效果是：

本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法，利用色标特征识别弥补AUV在定位时，随着时间积累而产生误差的问题，并利用有限的信息计算航行器最优的信号传递点H(p)，实现无人航行器的快速定位和精准的信息传递与配合。

附图说明

图1是本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法中传送信号的无人航行器的行为过程；

图2是本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法中接收信号的无人航行器的行为过程；

图3是本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法中有效障碍物、目标点、接收无人航行器的位置以及发送无人航行器位置的关系图；

图4是本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法中有效障碍物的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明水下无人航行器系统群体协同控制办法，具体按照如下步骤实施：

步骤1，初始化若干个自主水下无人航行器，并进行编号依次为1，2，3，…，N，设定1号无人航行器与2号无人航行器同时启动且1号无人航行器最先接收信号，其余无人航行器的待机时间依次为(N-2)·X分钟；

步骤2，如图1和2所示，1号无人航行器启动后主动接收信号，接收到信号后利用其自带的前置摄像头完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器，每个无人航行器上均贴设有彩色色标，1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别即就是识别2号无人航行器上贴的彩色色标，同时，2号无人航行器在启动后主动调整自己的位置和接收姿态，使得其时刻保持朝向信号发出的方向，即就是朝向1号无人航行器的方向；

当1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器后，1号无人航行器运动到信号传递点，然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向，并将信号传递给2号无人航行器；

步骤3，2号无人航行器在接收到信号后，此时2号无人航行器按照步骤2中1号无人航行器的工作过程，待3号无人航行器启动后，3号无人航行器按照步骤2中2号无人航行器的工作过程，将2号无人航行器在接收到信号传递给3号无人航行器，依此类推，依次将信息传递至最后一个序号的无人机航行器。

优选的，每个无人航行器上均贴设有彩色色标，1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别即就是识别2号无人航行器上贴的彩色色标，色标通常用于无人航行器标识与区分航行器和障碍物，每架航行器的色标是一样的，由于1号无人航行器与2号以外的无人航行器距离较远，因此无须担心1号无人航行器会识别到除2号以外的其他无人航行器。1号无人航行器在完成对2号无人航行器的识别和定位后，1号无人航行器运动到信号传递点，然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向即朝向彩色色标的标识方向，并将信号传递给2号无人航行器。

优选的，步骤2中1号无人航行器运动到信号传递点然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向即就是1号无人航行器运动到信号传递点然后根据障碍物和2号无人航行器的位置调整信号的传输方向即朝向识别的彩色色标的标识方向。

优选的，步骤2中当1号无人航行器完成对2号无人航行器的识别并定位2号无人航行器后1号无人航行器运动到信号传递点中的信号传递点按照如下方式确定：

为了得到最优的信号传递点，首先以O

H(p)＝0.5*∑h

其中，h

h

h

其中，如图3和4所示，X