船舶編隊控制

名詞解釋

船舶編隊是指兩艘或兩艘以上的船舶在某個海域完成戰略任務或運輸任務組織的船舶集群。編隊中的船舶各有所長，並將各自完成的任務有機地組織起來協作完成某一確定的任務。船舶在出海時，通常需要組成一定的編隊以集中的力量，相互配合才能更出色的執行工作，如海上作戰，遠洋運輸等。船舶編隊從可變性上主要可以分為固定編隊和臨時編隊，固定編隊指多艘船舶具有固定結構的編隊，而臨時編隊則是指在船舶執行任務的過程中，根據任務需要臨時組成的編隊，編隊中成員作用與相對位置變化靈活。編隊基本要求為：最大限度的發揮編隊的整體優勢以及兵力和武器炮火的威力；編隊能實時機動地變換隊形；能夠密切協作，同時方便整體指揮。船舶編隊問題研究主要包括的避碰、船舶導航、船舶的隊形控制等許多方面的內容。由於各船舶導航裝備的導航精度以及在協同網路下發揮的作用等方面不盡相同，因此，合理的確定各船在協同網路下的位置，有效地對編隊隊形進行控制，以及提高各船導航精度，將與各船所發揮的作用就有很大的關係。

控制方法

1. 領導跟隨者法

領導跟隨者就是從多艘船中選出一個作為領航者，而編隊中剩餘的其他船就作為跟隨者緊跟領航者航行。該策略的關鍵在於它將編隊與軌跡位置的偏差進行了變換，這樣就方便用控制理論的方法對其進行研究。

2. 基於行為法

基於行為法就是將多船編隊行為分成幾個小的動作，每個小的動作都有自己的目標控制器，而且每個動作的輸出又可以當作輸入輸送到其他動作的控制器中。通過這樣一系列的行為互動，最終實現編隊控制的任務。基於行為法的核心在於如何設計並選取有效的一系列行為來最終實現多船編隊任務。

3. 虛擬結構法

虛擬結構法的最關鍵的思想就是將整個編隊系統看作一個整體，也就是一個虛擬的剛性結構，而編隊的每個成員都看作剛性結構中相對固定的一點。當隊形進行運動時，就是整個編隊跟蹤一虛擬點的問題。相對於領導跟隨者，因為虛擬結構法不存在領航者，而且可以將編隊帶來的誤差引入到系統中，所以可取得較高的控制精度。

4. 基於圖論法

由於多船編隊控制在執行任務的過程中具有相當的規模，所以他們之間的結構是至關重要的，所以當多船由於通信、控制的原因而形成了網路結構，那么就必須通過數學中的圖論將此網路結構建模成圖的形式。因為圖論的發展已經非常完善，所以以圖論為基礎將編隊進行建模後，就能更成熟地來分析多船系統的性質。

優點

1）船舶編隊系統中的每艘船是分布在不同位置上的，可以同時在工作空間中的不同位置完成各自的工作，同時又可以將單獨完成的工作有機的結合起來，使整體工作快速有效地的得到完成。

2）船舶編隊中，部分平台具有有界導航誤差的導航能力，通過協同編隊實現姿態信息共享，可以使得系統中每個平台都具有誤差有界導航能力。