姜成林，徐会希

(1. 中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016；2. 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169；3. 中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

近年来自主水下航行器（Autonomous Under-water Vehicle，AUV）在海洋资源勘探、羽流追踪、海底地形测绘等方面都发挥着重要的作用[1]。但由于AUV 自身硬件的局限性和作业环境的特殊性，单个AUV 已经无法满足日益增加的快速大规模海洋探测任务的需求。相比之下Multi-AUV 系统不仅具有作业效率高、运行成本低等特点，还可以增加系统的冗余性和鲁棒性。因此许多机构对海洋资源勘探的Multi-AUV 协同探测系统进行了研究，如美国的Ocean Infinity 公司[2]、日本的Zipangu 项目[3–4]、欧盟的MORPH 项目[5–6]以及XPRIZE 比赛中的SEA-KIT 项目[7]等。

Multi-AUV 系统的编队控制是AUV 协同作业的关键技术。许多研究人员将无人车或无人机系统中使用的编队控制方法应用到Multi-AUV 系统[8]。如通过将AUV 编队控制分解为队形形成、队形保持、避障等一系列行为组合的基于行为法[9–10]；将AUV 编队视为刚性结构，AUV 视为节点，参照虚拟结构几何中心移动的虚拟结构法[11]；分别对目标及障碍物构建虚拟势场，通过计算AUV 在势场中受到的合力导出编队控制律，从而实现编队航行的人工势场法[12–13]；以及通过指定编队中1 台AUV 作为领航者，其余AUV 作为跟随者按期望距离进行跟随从而实现编队航行的领航-跟随方法[14–16]。

但上述的方法均假设AUV 编队处于同一水平面内航行，并未考虑到AUV 实际的作业场景与运行环境。调查海域海底地形的起伏变化，甚至存在悬崖、海沟等复杂地形，为取得更好的勘探效果还需要维持AUV 距离海底在一定的高度，因此在执行勘探任务时AUV 编队可能不处于同一平面。……