水下无人航行器编队抵近海底侦测协同控制的关键问题研究

针对水下无人航行器在抵近海底侦搜和勘测过程中的编队协同控制问题，面对复杂海洋环境，需要考虑弱观测与弱通信的特点。本项目拟采用基于伪点迹航迹融合的水声互定位导航、基于令牌环的大时滞水声通信自动组网、基于个体行为与目标驱动相结合的群熵优化队形控制等方法，进行水下航行器在复杂海洋空间内的虚拟弹性结构编队协同控制的关键问题研究，阐明多水下无人航行器在侦搜海底特定目标或海洋资源勘测过程中协同编队的自组织通信与互定位导航机制，揭示基于水声测距与通信设备构建水下无人航行器编队协同控制系统体系结构的规律，为多水下航行器在海底侦搜与勘测协同编队技术的应用奠定基础，提供利用声弱观测定位、声弱通信交互组建水下无人航行器群系抵近海底侦测的编队协同控制新思路。

针对水下无人航行器在抵近海底侦搜和勘测过程中的编队协同控制问题，研究了水下无人航行器群系的水声互定位导航、水声通信自动组网、编队队形协同控制等内容。对于多AUV的互定位，提出一种基于伪点迹数据融合的互定位导航方法。该方法可以不借助其他定位系统实现对AUV的精确定位，并且不产生累计误差，大大提高了多AUV系统作业的自主性。针对多AUV系统只能运用水声通信但水声信道存在窄带宽、大时滞、高误码率的特性，研究了多AUV的水声通信自动组网的理论与方法，提出了一种基于传输可靠性的路由选择协议模型。该协议模型具有网络时延小且数据传输成功率的优势，非常适用于动态的、实时性要求高的多AUV水声通信。以抵近海底侦测为应用背景，研究了水下无人航行器群系编队的协同控制方法，设计了一种“时空解耦”的分散控制体系结构并提出了多AUV编队运动协同路径控制方法。所提出的方法不仅可以使单个AUV跟踪期望的路径并且能够使多AUV系统始终保持编队队形。本课题的研究成果为多水下航行器在海底侦搜与勘测协同编队的理论和方法研究提供了新思路并为工程应用提供了有益的探索。