面向多目标优化的多auvs群体协同任务分配

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1、哈尔滨：I：程大学硕士学位论文此，多AUV系统的研究日益受到学者们的关注。然而，并不是多个AUV简单的罗列在一起，就可以称之为多AUV系统的，那样还可能会导致一定的混乱。多AUV系统是使多个AUV按照某种模式、方法有机的组合起来，形成一个团队，团队中各个成员各有分工，并且通过一定的协调策略，使各AUV相互协调、协作，共同完成某项复杂的使命任务。那么，既然是多个AUV协作完成使命任务，则必定各有不同的分工，由此可见，如何对多AUV系统中的个体进行任务的分配，以使系统整体效能最大、耗能最少，是多AUV系统协调技术的关键技术之一。一方面，任务分

2、配的结果会直接影响整个系统的工作效率，而且还会关系到该系统中的AUV个体是否能够最大限度的利用自身资源；另一方面，如果单个AUV无法完成某项任务时，要如何利用当前系统的协调机制，通过与其它AUV的对话、协商来确定与之合作的AUV，以便共同完成这项任务，也称为了日益受到关注多AUV系统任务分配问题。面向多目标优化的AUVs群体协同任务分配属于多AUV协作问题，其目的就是寻找一个最优的任务分配方案，以达到整个系统耗能最少、所用时间最短等优化目标。1．2AUV研究现状在AUV技术方面的研究，美国、英国、加拿大、法国的国家一直处于比较领先的地位。

3、其中，比较著名的研究所有：SeaGrant’SAUv实验室(美国麻省理工学院)、智能水下运载器研究中心(美国海军研究生院)、高级海洋系统实验室(AdvancedMarineSystemsLaboratory--美国佛罗里达大西洋大学)、英国的海事技术中心(MarineTechnologyCenter)等。目前，国外比较有代表性的AUV有：(1)美国海军研究生院(NavalPostgraduateSchool--NPS)进行自行设计和建造的AUV。NPS的海军军官和学者先后研发了三种AUV，即NPSAUVI，凤凰号(Phoenix)AUV和

4、白羊座号(ARIES)AUV。图1．1即为凤凰号AUV，长2．4米，排水量为175．5克，续航力是2—3小时，最大速度是2节。NPS研制的AUV主要用于人工智能、控制技术和科学可视化的基础研究中。可实现的具体研究项目包括导航、使命规划、避障以及平台的后台数据分析和动力运动控制，还可用于军事上的水雷战等[41。第1章绪论图1．1凤凰号AUV(2)美国麻省理工学院的SeaGrant’SAUV实验室设计并研发的OdysseyII(1994)，长为2．15m，排水量为140kg。如图1．2所示，OdysseyII被赋予了两个较为特殊的使命：(1)

5、在海冰下进行标图，以探测北冰洋下的海冰机制；(2)检测大洋山脊处的火山喷发情况。图1．2OdysseyU(3)“AUTOSUB．1”AUV[5】【6]是由英国在1995年开发的、主要用于海洋环境科学(温度、海流等)研究的AUV，具有不错的军事应用前景，如图1．3所示。一直到1999年为止，该AuV已经在英国沿海一带完成了179项科学使命和工程。长度为6．8m，重量为1．7t，最大下潜深度为500米，续航时间为50小时。在国内，对于AUV的研究，主要的研究所由哈尔并工程大学和中科院沈阳自动化研究所等。中科院沈阳自动化研究所独自研究并开发了“

6、探索者”号无缆水下航行器，作业深度为1000米，并在1994年完成了海试实验。另外，该研究所在与俄罗斯的合作下，完成了预编程控制的“CR．01”[7】无缆水下航行器，如图1．4所示。作业深度为6000m。“CR一01”AUV成功完成了在太平洋的深海环境考察工作，哈尔滨工程大学硕士学位论文各技术指标均以达标。图1．3“AUTOSUB．1”AUV图1．4“CR．01”AUV为了更进一步适应海底区域勘察作业，尤其是对海底的锰结核进行勘察的需要，又进行了“CR一02”[8】[9]AUV的研究，如图1．5所示。“CR一02’’AUV长0．8米，直径

7、4．5米，重量1500千克，最大速度为2．3节，续航力为25小时，主要用于海底地形地貌勘察，以及海底浅地层剖面的测量。4第1章绪论图1．5“CR．02"AUV1．3多AUV系统协调研究动态随着对海洋环境探索的程度不断加深，难度也越来越大，在比较大规模的海底采样、救护、侦查等作业领域中，单AUV已经很难独立完成这些艰难的任务了。目前，尚在研究中的比较大型的海底作业任务，如自主海洋采样网络【luj(AOSN)、水下无人立体作战系统、深海科学空间【1l】站等，都不是单独的AUV能够胜任的，由此，多AUV系统(MAUVS)的研究日益受到重视。然而

8、，在多AUV系统的研究中，又出现了许多新的技术性问题，如多AUV系统的体系结构、如何是多个AUV个体互相协调协作、个体AUV之间如何进行信息的传递、如何共享不同种类的信息等等。国内外许多学者和