《无人水面航行器的集群协同优化》131页

随着技术的不断进步和日常对海洋资源的依赖，无人水面航行器（USVs）的作用成倍增加。目前，具有海军、民用和科学用途的 USV 正在各种复杂的海洋环境中进行广泛的作业，并对其自主性和适应性提出了更高的要求。USV 自主运行的一个关键要求是拥有一个多车辆框架，在此框架下，USV 可以在实际海洋环境中作为一个群体运行，并具有多种优势，例如可以在更短的时间内勘测更广阔的区域。从文献中可以看出，在单体 USV 路径规划、制导和控制领域已经开展了大量研究，而在了解多载体方法对 USV 的影响方面却鲜有研究。本论文整合了高效的最优路径规划、稳健的路径跟踪制导和合作性集群聚合方法等模块，旨在开发一种新的混合框架，用于 USV 虫群的合作导航，以实现海洋环境中的最优自主操作。

首先，设计了一种基于 A* 算法的有效而新颖的最佳路径规划方法，其中考虑到了与障碍物的安全距离约束，以避免在移动障碍物和海面洋流的情况下发生碰撞。然后，将这种方法与为 USV 开发的新型虚拟目标路径跟踪制导模块相结合，将路径规划器的参考轨迹输入制导系统。当前工作的新颖之处在于将上述集成路径跟踪制导系统与分布式集群聚集行为相结合，通过基于简单电位的吸引和排斥功能来维持 USV 虫群的中心点，从而引导 USV 集群进入参考路径。最后，介绍了一个用于 USV 船队合作导航和制导的最佳混合框架，该框架可在实际海洋环境中实施，并可在海上有效地实际应用。