具有实时避障能力的UUV 编队技术设计与研究

佟盛，李大辉

(1. 中国船舶集团公司第七一四研究所，北京 100101；2. 齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

0 引 言

目前智能体协同控制成为国内外研究的热点之一，协同控制技术被应用于许多领域[1-2]，智能体编队协同控制技术取得了大量科研成果，如通过控制多个机器人以特定方式自动运输各种货物；如多个自主运动小车被广泛应用于军事边防编队巡逻、资源地理勘测、侦察救援、扫雷或卫星的姿态运动协调及空间探测；如在警务领域的多个移动机器人编队成一个弧形包围网抓捕入侵者等，形成了以人工势场法[3-5]、虚拟结构法[6-7]、基于行为控制法[8]、跟随领航者法为主要代表的多种编队控制方法。

而在UUV 集群编队航行控制中，利用人工势场法实现了集群无碰队形变换技术，虽然也实现了集群的避障和避碰功能，由于人工势场法是通过引入与障碍物间的斥力来防止碰撞，容易产生局部最小值而造成无法运动到终点结果[9]，导致避障方法的实时性差问题。同时在障碍物分布稀松的情况下，由于多个候选方向造成最优路径丢失现象，导致避障方法的自主性差问题。

针对UUV 集群编队航行的安全性需求，本文在人工势场法[10]（Artificial Potential Field，APF）完成编队控制基础上，引进圆形扩张法（Circle Sector Expansions，CSE+）和鸽子群优化算法（pigeon-inspired optimization，PIO）寻找下一时刻位置和方向，解决实时避障问题。

1 理论基础

1.1 CSE+方法

CSE+方法的基本思想为进行圆的扩张找到障碍物，如图1 所示。在由圆形障碍物随机填充的环境中，找到到达目标位置的可行路径，首先在图1（a）中，智能体从起点开始膨胀寻找障碍物，其中细箭头转向为圆的膨胀方向。……