1.5.2国内水面无人艇协同研究现状

已名为“不确定环境下协同异构无人系统的协调与控制”的欧盟研究项目为背景，在已知实验条件的前提下，葡萄牙的高级技术研究所与机器人研究所（IST-ISR）对水面无人艇的协同跟踪控制问题开展了大量研究工作，主要包括在运动中避免障物、实时通讯以及支持软件和硬件的多无人艇协同控制算法的有效性等问题。

针对自行研发的四艘廉价的水面无人艇，美国麻省理工学院的JosephCurcio等人对数据采样平台、个性化要求以及无人艇通讯的基础设施等方面开展了相关的科学研究，最终进行了实物测试证明了这种水面无人艇可实现港口监视等群体合作任务[3]。

21世纪初，Breivik提出了一种用领导者-跟随者编队控制的方法来跟随虚拟的目标[4]，虚拟目标与领航者之间相隔一定的距离并且保持相应的角度，跟随者始终在虚拟目标的后面，这样就能保持一定的队形，并且用事实证明了其有效性。同年，Schoerling等人在前人研究的背景下开展了无人艇的模拟研究，并且检验了在洋流的影响下无人艇行驶的效果。

总之，水面无人艇的编队协同作业的相关研究较少，并且国内的研究水平还低于国外的水平，随着科技的进步，相信在无人艇协同的领域一定会有更多的进展。

1.6本文研究内容及章节介绍

1.6.1研究内容

在这次毕业设计中，主要研究的内容有：

（1）调研收集分析有关资料，熟悉多无人艇协同目标跟踪的研究现状；

（2）熟悉无人艇目标跟踪控制算法；

（3）多无人艇协同目标跟踪控制算法设计;

（4）利用MATLAB软件绘制仿真图形，验证所设计的算法的有效性。

1.6.2章节介绍

（1）第一章部分主要介绍多无人艇和协同技术发展的现状以及课题研究的意义；

（2）第二章介绍了无人艇的运动数学模型，为后文的路径研究提供方便；

（3）第三章设计了多无人艇协同目标跟踪算法，包括领航者路径规划算法、多无人艇协同算法以及LOS导航率算法；

（4）第四章部分则提出一种基于积分型LOS的协同控制算法，为了解决在恒定洋流下无人艇航向发生偏转的问题；

（5）第五章对无人艇的算法设计部分进行了仿真验证。

第二章欠驱动水面无人艇运动数学模型

2.1引言

随着航洋科学技术的发展，欠驱动水面无人艇协同控制问题已经成为国内外无人艇科学工作者关注的焦点。欠驱动系统是指由控制输入量构成空间的维数小于位形空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统0。多数水面无人艇、水下机器人、滚轮式小车以及无人机这些都属于欠驱动系统。由于无人艇是三自由度水平面运动，所以此类舰艇就是属于欠驱动系统0。

水面无人艇运动数学模型是研究欠驱动无人艇协同跟踪控制问题的基础，建立合理的数学运动模型方便理论的研究。本章将研究由多艘舰艇组成的无人艇编队的控制问题。无人艇协同目标跟踪问题是无人艇协同的一个典型问题，主要是通过制定合理的路径规划，使一队由多艘无人艇构成的系统始终保持特定的队形，最终实现协同跟踪运动以完成特定任务。相对于单艘无人艇运动，多无人艇组成的系统通常具有更强的组织性和适应性等优势，可以完成多方面要求的任务。

首先，本章引入图论知识实现多个无人艇之间的协同控制，接着介绍了无人艇运动的参考坐标系，然后把欠驱动无人艇数学模型分为运动学和动力学两部分分别进行研究，运动学模型用于描述无人艇运动几何的特征，而动力学模型则是对引起无人艇运动的力和力矩进行分析，最后建立欠驱动无人艇标准数学模型，为欠驱动水面无人艇协同控制算法研究打下了基础0。