基于二重势函数法的集群航路规划

陈天德,黄炎焱,李 琛

(南京理工大学自动化学院,江苏南京 210094)

1 引言

集群航路规划作为一个重要的研究课题,一直为集群任务规划的研究重点[1-4].

目前,集群航路规划的方法主要有领航跟随法[5]、虚拟结构法[6-7]、人工势场法[8-9]以及基于行为法[10]等.

由于无人装备的迅速发展,有人无人混合集群,甚至纯无人集群将是未来集群行动的重要形式[11].因此,集群航路规划的结果将从有人集群的参考路径转变成无人集群的行动依据,这就对集群航路规划提出了更高的要求.

单从航路规划来说,人工势场法数学模型简单[12]、解算快速[13]、易于执行且实时性良好[14],具有类人的感知特征[15].此外,所得路径平滑[16],具有易于跟随性[17],较为适用于对无人装备的航路规划[2,18-19].

集群行动必然是有构型的行动,因此集群航路规划是基于构型对集群中各单元进行航路规划.文献[20]根据期望构型中智能体之间的距离设计势场函数,可以保证智能体之间的距离最终达到期望值,而整个集群构型的运动姿态则却不能单靠势函数法来保证,可见人工势场法在队形组织能力方面略显不足.此外,当集群构型改变时,势函数参数需重新配置,从而使集群成员间保持所需距离,以此形成构型,如文献[21]将势能场布置成“沟槽”的形状,机器人运动到“沟槽”中形成队形,而不同队形需要不同形式的“沟槽”;再如文献[22]基于人工势场法研究无人机编队的导航算法,设计出新的分叉势场法,通过改变……