本發(fā)明涉及無人船控制領(lǐng)域，特別是醫(yī)療檢測，具體涉及一種基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，無人船技術(shù)在定位、路徑規(guī)劃和協(xié)同控制等方面已有較多研究和應(yīng)用。大多數(shù)無人船方案采用gps或北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位，結(jié)合傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法(如a*算法、dijkstra算法等)來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。然而，這些技術(shù)在復(fù)雜水域環(huán)境中仍然存在定位精度和可靠性受限、路徑規(guī)劃算法的動態(tài)適應(yīng)性不足以及多無人船協(xié)同控制存在復(fù)雜性的局限性。具體的：

2、gps和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在開闊水域中定位精度較高，但在受到信號遮擋或干擾時(如高樓、島嶼或惡劣天氣下)，定位精度會顯著下降，甚至出現(xiàn)信號丟失，影響無人船的導(dǎo)航和控制，導(dǎo)致定位精度和可靠性受限。

3、傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法通?；陟o態(tài)環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃，難以應(yīng)對實(shí)時變化的環(huán)境(如水流干擾、風(fēng)力變化)，導(dǎo)致規(guī)劃路徑的靈活性和適應(yīng)性不足。此外，這些算法未能充分利用實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，容易導(dǎo)致避障不及時或路徑不最優(yōu)，導(dǎo)致路徑規(guī)劃算法的動態(tài)適應(yīng)性不足。

4、在多船系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的協(xié)同控制方法多采用集中式控制或基于預(yù)設(shè)策略的分布式控制方式。這些方法對系統(tǒng)的魯棒性要求較高，且難以在復(fù)雜環(huán)境中保持多船的隊(duì)形穩(wěn)定和協(xié)同一致性。此外，在面對外界干擾時，傳統(tǒng)方法的控制精度和響應(yīng)速度有限，難以實(shí)現(xiàn)高效的多船協(xié)同操作，導(dǎo)致多無人船協(xié)同控制存在復(fù)雜性。

5、相比之下，羅蘭c系統(tǒng)作為一種地面無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠提供穩(wěn)定的高精度定位，特別適用于大范圍和多障礙物區(qū)域的導(dǎo)航，其優(yōu)勢在于：抗干擾能力強(qiáng)：羅蘭c信號傳播特性使其在受到遮擋或惡劣環(huán)境下仍能保持較高的定位精度，適合無人船在復(fù)雜水域環(huán)境中的應(yīng)用；覆蓋范圍廣：羅蘭c系統(tǒng)的信號覆蓋范圍大，可以滿足長距離導(dǎo)航需求，特別適合多無人船協(xié)同任務(wù)中的大范圍定位和追蹤。盡管羅蘭c系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，但結(jié)合推進(jìn)模塊實(shí)現(xiàn)無人船的高精度路徑規(guī)劃與協(xié)同控制仍存在挑戰(zhàn)。因此，需要一種能夠引入多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法并結(jié)合羅蘭c高精度定位，實(shí)現(xiàn)多無人船的智能路徑規(guī)劃與動態(tài)協(xié)同控制的系統(tǒng)及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)系統(tǒng)及方法，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中無人船定位、路徑規(guī)劃及協(xié)同控制的不足，提高多無人船協(xié)同導(dǎo)航和控制的精度與魯棒性，通過將羅蘭c定位技術(shù)與無人船的推進(jìn)模塊深度融合，使每艘無人船能夠?qū)崟r獲取高精度的地面無線電導(dǎo)航數(shù)據(jù)，獨(dú)立調(diào)整姿態(tài)和速度，實(shí)現(xiàn)精確的同步控制。引入了基于多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)(marl)的智能路徑規(guī)劃與追蹤算法，系統(tǒng)采用集中訓(xùn)練、分布執(zhí)行的策略，使各無人船能夠根據(jù)實(shí)時定位數(shù)據(jù)和環(huán)境信息動態(tài)優(yōu)化運(yùn)動軌跡，保持隊(duì)形穩(wěn)定并實(shí)現(xiàn)高效的避障和路徑規(guī)劃。針對多無人船在復(fù)雜水域環(huán)境下的協(xié)同問題，本發(fā)明提出了一種魯棒性強(qiáng)的協(xié)同控制策略，通過設(shè)計適應(yīng)性獎勵函數(shù)應(yīng)對水流干擾、風(fēng)力變化等外界因素，確保無人船的隊(duì)形穩(wěn)定和安全航行，以實(shí)現(xiàn)高精度定位、智能化路徑規(guī)劃和在復(fù)雜水域環(huán)境下的魯棒性協(xié)同控制。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)系統(tǒng)，包括以下組成：

4、羅蘭c定位系統(tǒng)，用于提供多無人船實(shí)時的位置信息和航向數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)處理模塊，用于采集和處理來自羅蘭c定位系統(tǒng)的位置信息和航向數(shù)據(jù)以及環(huán)境傳感器的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將處理的位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊；

6、路徑規(guī)劃模塊，用于根據(jù)接收到的位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)路徑優(yōu)化，根據(jù)最優(yōu)航線進(jìn)行動態(tài)調(diào)整無人船的追蹤推進(jìn)路徑；

7、協(xié)同控制模塊，用于根據(jù)接收到的位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)生成控制指令使多無人船保持隊(duì)形和協(xié)同作業(yè)；

8、推進(jìn)模塊，用于接收路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊生成的控制命令，控制無人船姿態(tài)、航向和速度的航行狀態(tài)進(jìn)行追蹤推進(jìn)。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述羅蘭c定位系統(tǒng)用于通過時差測距法計算無人船的當(dāng)前位置和航向，利用來自地面基站發(fā)射的低頻長波信號進(jìn)行定位，所述羅蘭c定位系統(tǒng)包括有：

10、信號接收模塊，配備于每艘無人船上，該信號接收模塊包括一個多通道接收器和信號處理單元；

11、所述多通道接收器用于接收來自至少三個羅蘭c地面基站的信號；

12、所述信號處理單元用于對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)和時序分析，提取信號到達(dá)時間，并將信號傳送至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行時差測距計算。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行時差測距計算時，根據(jù)接收到的信號延遲差解算出無人船的當(dāng)前位置和航向；其中，信號延遲差由信號處理單元將每個基站的信號到達(dá)時間與參考基站的信號到達(dá)時間進(jìn)行比較獲得到達(dá)時間差；解算出無人船的當(dāng)前位置時，利用至少三個基站的到達(dá)時間差數(shù)據(jù)，構(gòu)建方程組解算無人船的二維或三維位置坐標(biāo)；解算出無人船的航向時，根據(jù)解算出的無人船的當(dāng)前位置，通過比較連續(xù)時刻的定位結(jié)果，計算無人船的運(yùn)動方向，得到航向信息。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于將定位數(shù)據(jù)傳送給路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊，指導(dǎo)推進(jìn)模塊的追蹤推進(jìn)控制，其中，定位信息在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)進(jìn)行更新，數(shù)據(jù)處理模塊還無人船的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)對定位結(jié)果進(jìn)行誤差修正。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述推進(jìn)模塊包括推進(jìn)器、方向舵和姿態(tài)傳感器，所述推進(jìn)器負(fù)責(zé)提供前進(jìn)推力和轉(zhuǎn)向所需的動力；方向舵用于改變無人船的航向；所述姿態(tài)傳感器包括陀螺儀、加速度計和磁力計，用于實(shí)時監(jiān)測無人船的姿態(tài)以及加速度信息；所述推進(jìn)模塊用于根據(jù)接收路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊生成的控制命令，實(shí)時調(diào)整推進(jìn)器的推力和方向舵的角度，使無人船按照預(yù)定的路徑航行。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述路徑規(guī)劃模塊用于通過羅蘭c定位系統(tǒng)獲取無人船的位置信息和航向數(shù)據(jù)，并結(jié)合環(huán)境傳感器提供的環(huán)境數(shù)據(jù)形成環(huán)境感知，根據(jù)實(shí)時的環(huán)境數(shù)據(jù)計算最優(yōu)的航行路徑，檢測到障礙物或環(huán)境變化時自動調(diào)整路徑。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和通信單元，所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集和處理來自羅蘭c定位系統(tǒng)的位置信息和航向數(shù)據(jù)以及環(huán)境傳感器的環(huán)境數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于對位置信息、航向數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所述通信單元用于將處理的位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊。

18、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)方法，包括以下步驟：

19、在每艘無人船上，通過信號接收模塊接收來自至少三個羅蘭c地面基站的低頻長波信號；

20、通過信號處理單元對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)和時序分析，提取信號到達(dá)時間，并將信號到達(dá)時間傳送至數(shù)據(jù)處理模塊；

21、數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)信號延遲差計算無人船的當(dāng)前位置和航向，對每個基站的信號到達(dá)時間與參考基站的信號到達(dá)時間進(jìn)行比較，獲取到達(dá)時間差；

22、使用至少三個基站的到達(dá)時間差數(shù)據(jù)構(gòu)建方程組，解算無人船的二維或三維位置坐標(biāo)；根據(jù)連續(xù)時刻的定位結(jié)果，計算無人船的運(yùn)動方向以得到航向信息；

23、通過數(shù)據(jù)處理模塊在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)更新定位數(shù)據(jù)，并利用無人船的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)對定位結(jié)果進(jìn)行誤差修正；

24、通過路徑規(guī)劃模塊獲取無人船的位置信息和航向數(shù)據(jù)，并結(jié)合環(huán)境傳感器提供的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境感知；根據(jù)實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)計算最優(yōu)航行路徑，并在檢測到障礙物或環(huán)境變化時自動調(diào)整路徑；

25、通過協(xié)同控制模塊根據(jù)接收到的位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)生成控制指令，使多無人船保持隊(duì)形并協(xié)同作業(yè)，將生成的控制指令傳輸至推進(jìn)模塊；

26、推進(jìn)模塊接收路徑規(guī)劃模塊和協(xié)同控制模塊生成的控制命令，根據(jù)控制命令實(shí)時調(diào)整推進(jìn)器的推力和方向舵的角度，以控制無人船的姿態(tài)、航向和速度，確保無人船按照預(yù)定路徑航行。

27、通過上述步驟，本發(fā)明的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)方法能夠?qū)崿F(xiàn)高效、準(zhǔn)確的無人船定位與控制，確保多無人船在復(fù)雜環(huán)境中能夠靈活應(yīng)對各種變化，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。

28、本發(fā)明的又一方面，還提供了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，該存儲器中存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時執(zhí)行上述任一項(xiàng)根據(jù)本發(fā)明的基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)方法。

29、本發(fā)明的再一方面，還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)程序指令，該計算機(jī)程序指令被執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)根據(jù)本發(fā)明的基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)方法。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比較而言，本發(fā)明提出的一種基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果：

31、1.本發(fā)明通過接收來自多個羅蘭c地面基站的信號，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位。這種定位方式利用了時間差測距原理，能夠有效減少因環(huán)境干擾造成的定位誤差，確保無人船在復(fù)雜水域中的位置確定性。

32、2.本發(fā)明的方法通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和信號更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對無人船位置和航向的實(shí)時監(jiān)測與動態(tài)調(diào)整。這種實(shí)時性確保了無人船在航行中能夠快速響應(yīng)環(huán)境變化，提升了航行安全性；通過結(jié)合環(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境感知，能夠及時發(fā)現(xiàn)障礙物和其他潛在危險。這使得無人船能夠智能規(guī)劃最優(yōu)航行路徑，降低碰撞風(fēng)險，提高航行的安全性和效率。

33、3.本發(fā)明的方法還實(shí)現(xiàn)了多無人船之間的協(xié)同控制機(jī)制，使其能夠配合完成復(fù)雜任務(wù)。通過共享位置信息與控制指令，無人船能夠保持隊(duì)形，執(zhí)行群體行動，提升任務(wù)執(zhí)行的效率和協(xié)調(diào)性。還通過自動生成控制指令，減少了人工干預(yù)和操作失誤的可能性。這種自動化的控制機(jī)制提高了操作的可靠性，使得無人船能夠在更廣泛的應(yīng)用場景中進(jìn)行自主航行。

34、綜上所述，基于羅蘭c定位的多無人船協(xié)同控制推進(jìn)方法，通過多無人船的協(xié)同作業(yè)和自動化控制，能夠顯著降低人力成本和操作風(fēng)險。同時，優(yōu)化的路徑規(guī)劃也能減少能耗，提高航行效率，從而進(jìn)一步降低運(yùn)營成本，實(shí)時監(jiān)測無人船的姿態(tài)和加速度信息，確保航行穩(wěn)定性，減少因技術(shù)故障或外部因素導(dǎo)致的航行偏差，不僅提高了無人船的定位精度和航行安全性，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的自動化和協(xié)同作業(yè)能力，具有廣泛的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

35、本技術(shù)的這些方面或其他方面在以下實(shí)施例的描述中會更加簡明易懂。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本技術(shù)。