本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)控制，特別涉及一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法、裝置、無(wú)人機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，具備水空跨域能力的多用途無(wú)人機(jī)在各種特殊環(huán)境下的應(yīng)用日益增多，然而，應(yīng)用場(chǎng)景的日益擴(kuò)大和復(fù)雜對(duì)無(wú)人機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力提出了更高的要求。水面和空中的動(dòng)力學(xué)特性有本質(zhì)差異，當(dāng)無(wú)人機(jī)涉水時(shí)，由于水面阻力較大，無(wú)人機(jī)動(dòng)力結(jié)構(gòu)中的螺旋槳在水中的轉(zhuǎn)動(dòng)難以像在空氣中一樣隨著油門的增大或減小而進(jìn)行速度的連續(xù)調(diào)節(jié)，無(wú)人機(jī)涉水后是無(wú)法隨著油門的變化進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整轉(zhuǎn)速，而是等效于僅有開啟或者關(guān)閉的開關(guān)式的狀態(tài)，開關(guān)式的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的動(dòng)力輸出為無(wú)人機(jī)在水面航行的精確控制帶來(lái)的一定的難度。在當(dāng)前的研究背景下，盡可能簡(jiǎn)單的、復(fù)用現(xiàn)有無(wú)人機(jī)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的水面航行控制，是無(wú)人機(jī)運(yùn)用的難點(diǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法、裝置、無(wú)人機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法，包括：

3、獲取無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量，所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量包括無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離、所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的航向角；

4、獲取無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)，所述水面控制信號(hào)包括前進(jìn)、關(guān)閉、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)，每一個(gè)水面控制信號(hào)對(duì)應(yīng)一組無(wú)人機(jī)螺旋槳控制信號(hào)，其中所述無(wú)人機(jī)包括位于兩側(cè)的第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)均包括至少一個(gè)螺旋槳且所述螺旋槳在無(wú)人機(jī)水面航行時(shí)至少部分浸入水中，通過(guò)控制所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)的螺旋槳的開啟或關(guān)閉實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的水面控制；

5、將所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量、無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行處理，獲得并輸出第一水面控制信號(hào)序列；

6、gru網(wǎng)絡(luò)獲取所述第一水面控制信號(hào)序列，并獲得預(yù)測(cè)結(jié)果；

7、所述無(wú)人機(jī)獲取所述預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的當(dāng)前時(shí)刻的水面控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的螺旋槳的開啟或關(guān)閉，直至所述無(wú)人機(jī)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置。

8、可選的，獲取無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量的步驟包括：

9、建立水面滑行坐標(biāo)系，所述水面滑行坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于無(wú)人機(jī)機(jī)身、所述水面滑行坐標(biāo)系的x軸為無(wú)人機(jī)于水平面內(nèi)的投影、所述水面滑行坐標(biāo)系的z軸方向?yàn)樨Q直向下，所述水面滑行坐標(biāo)系的y軸方向由右手定則確定；

10、基于所述水面滑行坐標(biāo)系，獲得所述水面滑行坐標(biāo)系下的所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置的坐標(biāo)為，所述目標(biāo)點(diǎn)位置的坐標(biāo)為；

11、基于所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置的坐標(biāo)、所述目標(biāo)點(diǎn)位置的坐標(biāo)獲得所述水面滑行坐標(biāo)系下，所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離為：；所述無(wú)人機(jī)在水面滑行坐標(biāo)系下的所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的航向角為：；

12、基于慣性坐標(biāo)系、所述水面滑行坐標(biāo)系獲取所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置之間的航向角為：

13、，其中，g為水面滑行坐標(biāo)系，n為慣性坐標(biāo)系，q0，q1，q2，q3為姿態(tài)四元數(shù)，為慣性坐標(biāo)系下無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的x軸、y軸投影，為水面滑行坐標(biāo)系下無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的x軸、y軸投影，t為當(dāng)前時(shí)刻。

14、可選的，所述螺旋槳控制信號(hào)包括：第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟、第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉、第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟、第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉；

15、水面控制信號(hào)為停止時(shí)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉、所述第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉；

16、水面控制信號(hào)為左轉(zhuǎn)時(shí)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉、所述第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟；

17、水面控制信號(hào)為前進(jìn)時(shí)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟、所述第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟；

18、水面控制信號(hào)為右轉(zhuǎn)時(shí)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)開啟，所述第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)關(guān)閉。

19、可選的，將所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量、無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行處理，獲得并輸出第一水面控制信號(hào)序列的步驟包括：

20、獲取所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量；

21、將所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量通過(guò)第一全連接層進(jìn)行處理；

22、獲取所述無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)；

23、將所述無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)通過(guò)第二全連接層進(jìn)行處理；

24、將第一全連接層處理后的無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量與第二全連接層處理后的無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行處理，獲得并輸出第一水面控制信號(hào)序列。

25、可選的，所述獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制為：

26、，

27、其中，r為獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制的獎(jiǎng)勵(lì)值，為終止獎(jiǎng)勵(lì)，為無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離，為水面控制信號(hào)懲罰，為控制切換懲罰，為距離調(diào)整參數(shù)，為正數(shù)。可選的，所述終止獎(jiǎng)勵(lì)為：

28、，其中，為無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離，為距離調(diào)整參數(shù)，a為常數(shù)且不等于0；

29、所述無(wú)人機(jī)水面控制信號(hào)懲罰為：

30、，其中，、、為常數(shù)，；

31、所述控制切換懲罰采用馬爾科夫表對(duì)無(wú)人機(jī)的水面控制信號(hào)的切換懲罰進(jìn)行量化定義。

32、可選的，所述無(wú)人機(jī)為二元矢量動(dòng)力無(wú)人機(jī)。

33、本發(fā)明還提供一種無(wú)人機(jī)水面航行控制裝置，包括：

34、第一控制單元，用于獲取無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量，所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量包括無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離、所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的航向角；

35、第二控制單元，用于獲取無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)，所述水面控制信號(hào)包括前進(jìn)、關(guān)閉、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)，每一個(gè)水面控制信號(hào)對(duì)應(yīng)一組無(wú)人機(jī)螺旋槳控制信號(hào)，其中所述無(wú)人機(jī)包括位于兩側(cè)的第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)，所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)均包括至少一個(gè)螺旋槳且所述螺旋槳在無(wú)人機(jī)水面航行時(shí)至少部分浸入水中，通過(guò)控制所述第一動(dòng)力結(jié)構(gòu)和第二動(dòng)力結(jié)構(gòu)的螺旋槳的開啟或關(guān)閉實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的水面控制；

36、第三控制單元，用于將所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量、無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行處理，獲得并輸出第一水面控制信號(hào)序列；

37、第四控制單元，用于gru網(wǎng)絡(luò)獲取所述第一水面控制信號(hào)序列，并獲得預(yù)測(cè)結(jié)果；

38、第五控制單元，用于所述無(wú)人機(jī)獲取所述預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的當(dāng)前時(shí)刻的水面控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的螺旋槳的開啟或關(guān)閉，直至所述無(wú)人機(jī)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置。

39、本發(fā)明還提供一種無(wú)人機(jī)，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的無(wú)人機(jī)水面航行控制程序，所述無(wú)人機(jī)水面航行控制配置為實(shí)現(xiàn)上述的一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法的步驟。

40、本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，包括：所述存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有無(wú)人機(jī)水面航行控制程序，所述無(wú)人機(jī)水面航行控制程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上的一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法。

41、綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果為：

42、本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法、裝置、無(wú)人機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)。所述一種無(wú)人機(jī)水面航行控制方法包括獲取無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量，所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量包括無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離、所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置和所述目標(biāo)點(diǎn)位置之間的航向角；獲取無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)，所述水面控制信號(hào)包括前進(jìn)、關(guān)閉、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)，每一個(gè)水面控制信號(hào)對(duì)應(yīng)一組無(wú)人機(jī)螺旋槳控制信號(hào)；將所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量、無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行處理，獲得并輸出第一水面控制信號(hào)序列；gru網(wǎng)絡(luò)獲取所述第一水面控制信號(hào)序列，并獲得預(yù)測(cè)結(jié)果；所述無(wú)人機(jī)獲取所述預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的當(dāng)前時(shí)刻的水面控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的螺旋槳的開啟或關(guān)閉，直至所述無(wú)人機(jī)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置。

43、通過(guò)考慮了無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置到目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離、無(wú)人機(jī)的能耗以及控制切換頻率的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制將無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量、無(wú)人機(jī)上一時(shí)刻的水面控制信號(hào)作為輸入進(jìn)行處理，減小無(wú)人機(jī)的能量消耗，避免所述無(wú)人機(jī)動(dòng)力結(jié)構(gòu)的頻繁切換，進(jìn)一步的通過(guò)gru網(wǎng)絡(luò)獲得預(yù)測(cè)結(jié)果，得到當(dāng)前時(shí)刻的水面控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)的開啟或關(guān)閉，從而控制所述無(wú)人機(jī)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置，并且對(duì)所述無(wú)人水面航行的能耗、控制的頻繁切換進(jìn)行控制，使得無(wú)人機(jī)的航行路徑平滑，實(shí)現(xiàn)復(fù)用現(xiàn)有無(wú)人機(jī)動(dòng)力結(jié)構(gòu)的無(wú)人機(jī)水面航行的控制。同時(shí)，從所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)量直接到無(wú)人機(jī)的水面控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了端到端的無(wú)人機(jī)的控制，使得無(wú)人機(jī)的控制簡(jiǎn)單化，更適合各類具備水上速度和航向控制能力的無(wú)人機(jī)水面航行控制方法。