【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無人艇集群圍捕，特別涉及一種多目標無人艇圍捕方法及系統。
技術介紹
1、無人群體圍捕是指無人車、無人艇、無人機和機器人等無人群體系統通過相互協同，共同完成對單目標或多目標的圍捕，相較于單體系統，無人群體系統具有更強的魯棒性、擴展性和靈活性，能夠更加快速完成大規模復雜任務。
2、在實際應用中，群體圍捕問題往往涉及多個目標的協同圍捕。目前存在不少群體任務分配、集群圍捕等相關工作，然而現有算法存在一些明顯不足，比如任務分配主要為分布式并且存在通信量大及結果欠佳等缺點；集群圍捕對于高速運動目標的無人艇成功率低，且較少考慮運動約束并且對障礙物只是簡單避障。
技術實現思路
1、針對現有技術中的部分或全部問題，本專利技術提供一種多目標無人艇圍捕方法，該方法包括如下步驟：
2、根據圍捕無人艇與目標無人艇的信息，為目標無人艇選擇合適的圍捕無人艇作為招標者；
3、所述招標者向周圍圍捕無人艇發布信息進行招標，接受到消息的圍捕無人艇為投標者；
4、所述投標者進行投標，計算其與目標無人艇的距離以及對目標無人艇的包圍角；
5、所述招標者按照距離和包圍角選擇最佳投標者組合作為分配結果，并通知相應投標者；
6、所有目標無人艇分配完成后，相鄰目標無人艇對圍捕無人艇進行局部交換，得到優化分配結果；
7、執行圍捕，所述圍捕分為協同靠近和協同圍捕；圍捕無人艇與目標無人艇的距離大于設定閾值時，執行協同靠近；圍捕無人艇與目標無人
8、圍捕無人艇與目標無人艇的距離與包圍半徑rs的差值小于給定閾值ε且總包圍角大于等于360°時，則圍捕成功；
9、若有目標無人艇被圍捕，則進行任務重分配，所有目標無人艇圍捕成功則圍捕任務結束。
10、進一步地，根據圍捕無人艇與目標無人艇的位置，為目標無人艇選擇合適的圍捕無人艇作為招標者包括：
11、所有圍捕無人艇用集合u表示，
12、u＝{u1,u2,...,ui,...un}
13、其中，
14、其中，為t+1時刻圍捕無人艇ui的位置，為t+1時刻圍捕無人艇ui的速度，為t時刻圍捕無人艇ui的位置；
15、所有目標無人艇用集合t表示，
16、t＝{t1,t2,...,tj,...tm}
17、其中，
18、其中，為t+1時刻目標無人艇tj的位置，為t+1時刻目標無人艇tj的速度，為t時刻圍捕無人艇tj的位置；
19、目標無人艇tj用集合d來選擇最小距離的圍捕無人艇作為招標者，
20、d＝min{d1j,d2j,...,dnj}
21、其中，dnj為目標無人艇tj到圍捕無人艇un的距離。
22、進一步地，所述招標者向周圍圍捕無人艇發布信息進行招標，并且所述招標者參與投標包括：
23、所述招標者向周圍發布信息，初始次數為0，每個接收到信息的圍捕無人艇都會使次數加1，達到通信次數限制則不再進行通信，接受到消息的圍捕無人艇用集合m表示，
24、m＝{u1,u2,...,uz}
25、其中，所述通信次數限制為3次。
26、進一步地，所述投標者進行投標，計算其與目標無人艇的距離以及對目標無人艇的包圍角包括：
27、所述投標者與目標無人艇之間無障礙物時，所述投標者計算其與目標無人艇的距離d，
28、
29、其中，δx和δy分別為所述投標者與目標無人艇的橫坐標差值以及縱坐標差值；
30、所述投標者與目標無人艇之間有障礙物時，所述投標者計算其與目標無人艇的距離d，
31、
32、其中，δx和δy分別為所述投標者與目標無人艇的橫坐標差值以及縱坐標差值，l為障礙物最大尺寸；
33、所述投標者計算其與目標無人艇的相對角α，
34、α＝tanh-1(δy/δx)
35、所述投標者計算其與目標無人艇的包圍角s，
36、s＝sin-1(vu/vt)
37、其中，vu為所述投標者的速度，vt為目標無人艇的速度。
38、進一步地，所述招標者按照距離和包圍角選擇最佳投標者組合作為分配結果，并通知相應投標者包括：
39、最佳投標者組合滿足如下式子，
40、∑s≥360°
41、其中，∑s為最佳投標者組合中投標者與目標無人艇的包圍角s之和；
42、最佳投標者組合滿足目標無人艇函數最小，目標無人艇函數為，
43、f＝min(w1dsum+w2(-max|δα|))
44、其中，min為取最小值，dsum為最佳投標者組合中投標者與目標無人艇的距離d之和，max|δα|為投標者之間相對目標無人艇角度的差值取最大值，w1、w2為權重，且滿足w1+w2＝1。
45、進一步地，所有目標無人艇分配完成后，相鄰目標無人艇對圍捕無人艇進行局部交換，得到優化分配結果包括：
46、每個目標無人艇分配的圍捕無人艇相互交換一個，并計算交換前后的總的目標無人艇函數的變化δfij，
47、
48、其中，fi、fj為圍捕無人艇ui、uj交換前的目標無人艇函數值，為圍捕無人艇ui、uj交換后的目標無人艇函數值，δfij滿足δfij>0；
49、交換的差值用集合e表示，
50、e＝{e1,e2,...ee}
51、其中，ei＝{δfij,i,j}，選擇最大的差值max{ei}作為優化分配結果。
52、進一步地，執行圍捕，所述圍捕分為協同靠近和協同圍捕；圍捕無人艇與目標無人艇的距離大于設定閾值時，執行協同靠近；圍捕無人艇與目標無人艇的距離小于設定閾值時，執行協同圍捕，使用粒子群算法執行速度求解包括：
53、所述設定閾值dth滿足，
54、ddetect>dth>dalert
55、其中，ddetect為圍捕無人艇探測范圍，dalert為目標無人艇警戒范圍。
56、總包圍角g滿足如下式子時，圍捕無人艇協同收縮，
57、g>th
58、其中，th為包圍角閾值，g＝∑s-gr，∑s≥360°，gr＝∑r，∑s為圍捕無人艇與目標無人艇的包圍角s之和，gr為總重疊角，r為重疊角；
59、重疊角r用如下式子表示，
60、
61、其中，αi為圍捕無人艇ui與目標無人艇的相對角，αj為圍捕無人艇uj與目標無人艇的相對角，si為圍捕無人艇ui與目標無人艇的包圍角，sj為圍捕無人艇uj與目標無人艇的包圍角；
62、協同圍捕階段，g>th時，圍捕無人艇協同收縮。協同收縮時，使用粒子群算法執行速本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，根據圍捕無人艇與目標無人艇的位置，為目標無人艇選擇合適的圍捕無人艇作為招標者包括：
3.根據權利要求1-2之一所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述招標者向周圍圍捕無人艇發布信息進行招標，并且所述招標者參與投標包括：
4.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述投標者進行投標，計算其與目標無人艇的距離以及對目標無人艇的包圍角包括：
5.根據權利要求1-4之一所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述招標者按照距離和包圍角選擇最佳投標者組合作為分配結果，并通知相應投標者包括：
6.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所有目標無人艇分配完成后，相鄰目標無人艇對圍捕無人艇進行局部交換，得到優化分配結果包括：
7.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，執行圍捕，所述圍捕分為協同靠近和協同圍捕；圍捕無人艇與目標無人艇的距離大于設定閾值時，執行協同
8.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，圍捕無人艇與目標無人艇的距離與包圍半徑Rs的差值小于給定閾值ε且總包圍角大于等于360°時，則圍捕成功包括：
9.一種用于如權利要求1-8之一所述的多目標無人艇圍捕方法的多目標無人艇圍捕系統，其特征在于，包括以下模塊：
10.一種計算機系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，根據圍捕無人艇與目標無人艇的位置，為目標無人艇選擇合適的圍捕無人艇作為招標者包括：
3.根據權利要求1-2之一所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述招標者向周圍圍捕無人艇發布信息進行招標，并且所述招標者參與投標包括：
4.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述投標者進行投標，計算其與目標無人艇的距離以及對目標無人艇的包圍角包括：
5.根據權利要求1-4之一所述的多目標無人艇圍捕方法，其特征在于，所述招標者按照距離和包圍角選擇最佳投標者組合作為分配結果，并通知相應投標者包括：
6.根據權利要求1所述的多目標無人艇圍捕方...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋銳，吳建軍，林宇暢，張嘉朝，瞿棟，彭艷，謝少榮，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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