System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种集群式AUV拉网清障系统及控制方法技术方案_技高网

一种集群式AUV拉网清障系统及控制方法技术方案

技术编号:40250230 阅读:20 留言:0更新日期:2024-02-02 22:44
本发明专利技术具体涉及一种集群式AUV拉网清障系统及控制方法。所述系统包括AUV集群、清障网、布放装置和操控设备,AUV集群由具备水下导航、定位、通信能力的AUV组成;清障网为正多边形,通过开口处的角点与各AUV相连;布放装置用于各AUV入水前的存储,操控设备包括计算机和操控软件,用于对AUV集群进行发射前的任务规划、参数装订以及AUV集群处于水面时的遥控。所述控制方法采用领队‑跟随者的方法。本发明专利技术解决了绳网约束条件下,参与拖网的多条AUV在三维空间内的协同控制问题,相较传统的采用专用船只安装大型专用设备的清障方案操作简单、效率高、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自主水下航行器(auv)领域,具体涉及一种集群式auv拉网清障系统及控制方法。


技术介绍

1、拖网航行是单条或多条水面船只进行水面障碍清除、捕鱼、水下打捞等活动的一种基本作业形式,由于船只一般仅在水面或近水面处拖网,难以对悬浮于深水及接近海底的水下目标(如战争遗留的水雷、失事飞机残骸、沉船及其携带的物品)进行清除、打捞。auv作为一种潜航器,可在水下按预设任务或航路自主航行,且具有一定的运载和拖拉能力,由auv组成的集群可以在水下拖网,开展大深度处的水下作业。auv集群在水下拖网,需要集群中的各auv保持稳定的相对位置和队形。

2、目前,关于集群队形保持及其控制的方法中,所涉及的auv一般都是在个体不受约束的条件下的实现队形保持或变换,即集群中的单条auv在不受绳缆约束的条件下、相对自由地与其它auv组成线形队列、三角形队列或圆形队列等,而拖网航行显然还需要考虑清障网的相对形状及其对auv的影响。另外,目前的auv集群控制方法一般只考虑在二维平面内的队形保持,如公开号为cn113342014a的中国专利技术专利“一种用于滩头破障的水下航行器编队、系统及方法”,公开了由一定长度的具有柔韧性的缆绳连接两条水下航行器的双auv队列,但这种两条auv之间的协同运动控制方法无法扩展应用于在三维空间内拖网的多条auv组成的集群的队形控制。此外,现有auv集群控制技术一般依赖于水声通信,但目前的水声通信技术水平难以保证集群控制所需的高速率、低延时、高可靠通信的要求。因此,如何实现三维空间内的auv集群的队形保持控制是当前需要解决的重要技术问题。


技术实现思路

1、鉴于上述
技术介绍
中存在的问题,本专利技术提供一种集群式auv拉网清障系统及控制方法,用以解决在绳网约束条件下,参与拖网的多条auv在三维空间内的协同控制问题。

2、本专利技术的技术方案为:

3、一种集群式auv拉网清障系统,包括auv集群、清障网、布放装置和操控设备;

4、所述auv集群由具备水下导航、定位、通信能力的auv组成;

5、所述清障网为正多边形,通过开口处的角点与各auv相连;

6、所述布放装置用于各auv入水前的存储,包括箱体、固定于箱体内的发射导杆以及连接于发射导杆上的固定支架,auv通过爆炸螺栓或者电磁吸合装置安装于固定支架上;

7、操控设备包括计算机和操控软件,用于对auv集群进行发射前的任务规划、参数装订以及auv集群处于水面时的遥控。

8、进一步地,所述auv集群中auv的数量保持在3个以上,每个auv均有唯一的识别号,各auv背部等距离安装有三个信号接收器,腹部安装有一个信号发射器。

9、进一步地,所述清障网的开口边缘安装通信线缆,形成环形的通信总线,每个auv与清障网连接的线缆中都包含通信线缆,利用该通信线缆挂接在环形通信总线上,每个auv都是该环形通信总线上的一个节点,可将自身状态信息及感知到的信息以广播的方式共享到总线上,每个auv都可从通信总线上获取其它auv共享的信息。

10、一种集群式auv拉网清障系统的控制方法,包括如下步骤:

11、步骤一:布放前,使用操控设备将auv集群的初始位置及预设航路信息装订到各auv的控制计算机中;

12、步骤二:布放时,通过起爆auv与固定支架连接处的爆炸螺栓,或打开电磁吸合装置,使各auv与固定支架分离,auv集群入水后调整其航向和深度至设定值;

13、步骤三:auv分离后形成预设队形,清障网张开,各auv通过调整自身的速度和航向保持队形稳定,拉动张开的清障网沿预设的航路航行,进行水下障碍物扫除作业;

14、步骤四:清障网被水下目标物阻止后,缠绕在目标物上,拉网的auv绕目标物回旋后爆炸,实现对水下障碍的破除。

15、进一步地,所述步骤三中各auv保持队形稳定的方法具体为:确定一个或多个auv为领队,使其按设定的任务及预先规划的航路航行,其余auv作为跟随者,以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向。

16、进一步地,确定领队与跟随者的方法包括如下步骤:

17、1)计算各auv在集群中的偏离度,所述偏离度表示当前auv相对于集群中其它auv的相对距离和相对方位角的加权和;

18、2)单条auv将计算得到的偏离度及自身的识别号,以广播的方式发送给其余auv;

19、3)收到偏离度信息的auv对其余每个auv的偏离度按由小到大的顺序进行排序,对偏离度小于或等于阈值s*的auv,向其发送值为“1”的选票信息;否则,发送值为“0”的选票信息,s*取为偏离度的中位数;

20、4)各auv获得其余auv发来的选票信息,合计得到半数及以上“1”选票的auv即为领队,否则为跟随者。

21、进一步地,所述步骤1)中计算各auv的偏离度包括如下子步骤:

22、1.1)计算当前auv相对于集群中其余auv的方位角

23、

24、其中θki表示当前auv相对于第i个auv的相对方位角;

25、1.2)计算当前auv相对于集群中其余auv的相对距离

26、

27、当上式中时,取δrk=0;

28、其中rki表示当前auv相对于第i个auv的实际距离,表示正多边形中当前auv所在的点到第i个顶点的理论距离;

29、1.3)计算当前auv在集群中的偏离度,如下式所示

30、sk=p1δrk+p2δθk

31、其中,p1和p2分别为相对距离和相对方位角的加权系数。

32、进一步地,确定为跟随者的auv以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向,对于第i个auv,假设集群中有m个领队auv,第i个auv相对于第j个领队auv的相对方位为θij,vi0为第i条auv当前的速度,则下一控制周期中的期望速度为

33、

34、其中,kθ速度调节的比例系数。

35、进一步地,确定为跟随者的auv以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向,对于第i个auv,设其当前时刻俯仰角与偏航角的合成航向角为假设集群中有m个领航auv,则下一控制周期中第i个auv的期望合成航向角度为

36、

37、其中,为第i个auv相对于第j个领队auv的理论相对位置矢量,kr为合成航向角调节的比例系数。

38、进一步地,实际使用过程中,根据auv的速度及合成航向角的上、下限幅值对计算得到的速度和合成航向角进行限幅。

39、本专利技术的有益技术效果为:

40、1、本专利技术以轻量化、低成本的auv集群为基本清障单元,以拖网的形式,按照自主规划的航路,对特定区域的水下障碍物(如渔网、渔桩、沉船、战争遗留的水雷等)进行清除,解决了清除水下障碍物遇到的目标精准定位难度大、破除困难、危险性高等问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种集群式AUV拉网清障系统,其特征在于:包括AUV集群、清障网、布放装置和操控设备;

2.根据权利要求1所述的集群式AUV拉网清障系统,其特征在于:

3.根据权利要求2所述的集群式AUV拉网清障系统,其特征在于:

4.一种根据权利要求1-3任一所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

5.根据权利要求4所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于:所述步骤三中各AUV保持队形稳定的方法具体为:确定一个或多个AUV为领队,使其按设定的任务及预先规划的航路航行,其余AUV作为跟随者,以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向。

6.根据权利要求5所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于:确定领队与跟随者的方法包括如下步骤:

7.根据权利要求6所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于:所述步骤1)中计算各AUV的偏离度包括如下子步骤:

8.根据权利要求7所述的集群式AUV拉网清障系统进行水下清障的方法,其特征在于:确定为跟随者的AUV以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向,对于第i个AUV,假设集群中有m个领队AUV,第i个AUV相对于第j个领队AUV的相对方位为θij,vi0为第i条AUV当前的速度,则下一控制周期中的期望速度为

9.根据权利要求8所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于:确定为跟随者的AUV以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向,对于第i个AUV,设其当前时刻俯仰角与偏航角的合成航向角为假设集群中有m个领航AUV,则下一控制周期中第i个AUV的期望合成航向角度为

10.根据权利要求9所述的集群式AUV拉网清障系统的控制方法,其特征在于:实际使用过程中,根据AUV的速度及合成航向角的上、下限幅值对计算得到的速度和合成航向角进行限幅。

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【技术特征摘要】

1.一种集群式auv拉网清障系统,其特征在于:包括auv集群、清障网、布放装置和操控设备;

2.根据权利要求1所述的集群式auv拉网清障系统,其特征在于:

3.根据权利要求2所述的集群式auv拉网清障系统,其特征在于:

4.一种根据权利要求1-3任一所述的集群式auv拉网清障系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

5.根据权利要求4所述的集群式auv拉网清障系统的控制方法,其特征在于:所述步骤三中各auv保持队形稳定的方法具体为:确定一个或多个auv为领队,使其按设定的任务及预先规划的航路航行,其余auv作为跟随者,以领队的位置和速度为参照,调整自身的速度和方向。

6.根据权利要求5所述的集群式auv拉网清障系统的控制方法,其特征在于:确定领队与跟随者的方法包括如下步骤:

7.根据权利要求6所述的集群式auv拉网清障系统的控制方法,其特征在于:所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:王锋辉陈建峰李国良吴佐辅雷娟张凯源黄江成
申请(专利权)人:西安天和海防智能科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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