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龙图腾网获悉上海交通大学申请的专利无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116257067B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-02发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310399624.4，技术领域涉及：G05D1/43；该发明授权无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法是由黄文焘;李昊;余墨多;邰能灵设计研发完成，并于2023-04-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法在说明书摘要公布了：一种无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法，根据单艘无人艇在各个自由度的运动特性，建立单艇运动学模型并基于避障需求，通过A*算法进行单艇路径的动态重规划，得到全局路径规划生成的路径；建立无人艇集群编队方法，以全局路径规划生成的路径为参考线，通过改进Lattice规划算法生成集群中各无人艇的规划路径点；构建集群间单艇避障模型，在艇与艇之间或艇与障碍物之间距离过近的情况下，通过避障模型实现集群中各无人艇能够保持安全距离。本发明从全局路径规划、局部的集群控制以及单艇避障算法三个层面对无人艇艇群的运动进行规划及控制，并在轨迹评价中添加补偿措施；通过基于改进人工势场法的无人艇集群避障算法，解决集群间无人艇的避障需求。

本发明授权无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法在权利要求书中公布了：1.一种无人艇集群的协同编队多层次规划控制方法，其特征在于，包括： 步骤1建立无人艇单艇模型：对于无人艇而言，忽略垂荡、横摇和纵摇3个自由度上的运动，在两艘坐标系下对无人艇的运动进行描述：选取地球坐标系XE-YE作为参考坐标系，固连在无人艇上的坐标系XB-YB作为无人艇坐标系，考虑N艘无人艇组成的集群系统，第i艘无人艇的运动学和动力学方程由三自由度非线性模型描述为：，，其中：为艏摇角,为第i艘无人艇的线速度和角速度向量，和分别为XB-YB坐标系下的纵荡速度和横荡速度，为艏摇角速度，为侧滑角，为第i艘无人艇在参考坐标系下的位置和艏摇角度，为控制输入，为由风浪及海洋环境引起的扰动输入，包括未建模流体动态和建模误差，无人艇坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵，惯性质量矩阵，向心力和科氏力矩阵，阻尼矩阵，mij,cij,dij均为常系数，无人艇在航行时由于横漂速度产生的侧滑角； 步骤2通过A*算法进行单艇路径的动态重规划，得到全局路径规划生成的路径：根据起始点坐标、目标点坐标、障碍物坐标及所占栅格大小，以A*算法通过最小化实际成本和启发式成本的总和选择后继点并得到起始点到目标点的无碰撞路径点；并在无人艇探测到周边障碍物时，将根据感知识别结果将障碍物位置及所占地图栅格大小加入到环境信息中，此时重新调用A*算法计算出新的无碰撞规划路径，直至探测不到新的障碍物为止； 步骤3建立无人艇集群模型：以两艘无人艇为例，、分别为领航艇和跟随艇的位置和航向，为领航艇和跟随艇之间的相对距离，和为两艘艇之间的横纵距离，和分别为领航艇和跟随艇的航向，在实际航行中，当给定领航艇的位置并确定两艘艇之间的相对距离和角度，则和的值为固定值，即跟随艇的位置唯一，所以通过对编队间距,的控制来实现多艘无人艇编队控制，具体包括：，对其求导得到领航者与跟随者的相对运动方程；进而得到运动学目标，动力学目标，其中：为领航艇在纵荡和横荡方向上的速度，为跟随艇在纵荡和横荡方向上的速度，和分别为领航艇和跟随艇的角速度，分别为两艘艇间保持的距离的x轴和y轴分量，和为x和y方向上的距离跟踪误差，从而在行进过程中，编队中各艇间的相对位置保持不变，并且与领队艇的运动误差小； 步骤4以步骤2全局路径规划生成的路径为参考线，采用改进Lattice规划器完成无人艇局部轨迹规划，即将无人艇坐标系转换到Frenet坐标系后，在Frenet坐标系下分别对Frenet的d轴和s轴进行规划，形成Frenet坐标系下的规划轨迹，然后将Frenet坐标系下的轨迹合成到世界坐标系下还原为世界坐标系下的轨迹； 步骤5采用改进人工势场法设计无人艇的避障算法建立单艇避障模型，以避免由于实际仿真运行过程中无人艇偏离参考路径造成与其他艇距离过近的问题，具体为：将起点、终点、障碍物以及机器人模拟成人造势场，将机器人的运动抽象成为具有不同符号的电子势场中的运动粒子或磁场中的两个磁极的同时考虑多艘无人艇的协作避障动作，以最小代价完成避障动作。

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