大连海事大学彭周华教授团队：无人艇集群协同包围控制理论与实践

发布日期：2025-05-25 13:55    点击次数：108

无人艇是指不需要船员驾驶或操纵的水面舰艇，可以通过远程遥控、自主控制等方式执行各种使命任务。无人艇具有成本低廉、续航时间长、作战风险小、机动灵活等显著优点，在岛礁防卫、近海巡逻、海上搜救等军事和民用领域具有重要应用价值，是维护国家海洋权益、保障海上空间安全、捍卫海洋“蓝色国土”的重要工具。

无人艇集群作业具有高效率、广覆盖、群智能等显著优点，是未来海洋作业和海上防卫的必然趋势。无人艇集群技术是全球海洋领域竞争博弈的战略制高点，美国、欧盟成员国等相继开展了国家级研究计划；在国内，“自主无人系统的智能技术”和“群体智能关键技术”被列入国务院《新一代人工智能发展规划》，是实现海洋强国战略的核心技术支撑。无人艇集群控制包括集群协同编队控制、集群协同合围控制、集群协同包围控制、集群蜂拥控制、集群博弈对抗控制等。其中，无人艇集群协同包围控制在抵近侦察、目标围捕、攻防对抗等任务使命中发挥重要的作用。因此，如何突破无人艇集群协同包围控制技术难点是亟须解决的关键问题。

▲ 目标包围控制任务场景

在各类对抗场景中，目标包围是一个典型的控制问题。其任务目的是驱使单艘或多艘无人艇围绕固定或运动的对象航行，并保持期望的包围距离和包围队形。包围运动能够探测和采集对象的全方位信息，在巡逻侦察、围捕驱逐、海上救援等海事任务中能够发挥关键作用。

然而，由于包围运动模式的复杂性、目标感知信息的不完全、海洋环境的不确定性、模型和环境的多约束，无人艇集群协同包围控制面临着极大的挑战，迫切需要开展前瞻性理论和技术探索。为解决上述问题，大连海事大学彭周华教授研究团队率先在国内开展无人艇集群协同包围控制研究，在海洋工程和智能控制领域期刊Ocean Engineering（《海洋工程》）、IEEE Transactions on Industrial Electronics（《IEEE 工业电子学汇刊》）、IEEE Transactions on Cybernetics（《IEEE 控制论汇刊》）、IEEE Transactions on Fuzzy Systems（《IEEE 模糊系统汇刊》）、IEEE Transactions on Control Systems Technology（《IEEE 控制系统技术汇刊》）等发表期刊论文170 余篇。

作者简介

彭周华，大连海事大学教授，博士生导师，国家高层次青年拔尖人才，水路交通控制全国重点实验室主任助理，大连市智能船艇集群控制与电气技术重点实验室主任。主持科技部、基金委、军科委等国家级项目7项。在国内外重要学术期刊发表SCI论文170余篇，谷歌学术引用11000余次，谷歌学术H-指数56。出版学术专著3部，授权发明专利76项。研究成果获省部级奖4项。获全国交通运输系统先进工作者，政府特殊津贴专家，辽宁省“兴辽英才计划”领军人才，交通运输部中青年创新领军人才，香江学者等学术荣誉，担任4个国内外期刊编委。

姜岳，男，北京大学博雅博士后。长期从事无人艇集群控制与对抗博弈方面的理论和实践研究。在国内外重要学术期刊发表SCI检索论文11篇，其中1篇入选ESI高被引论文，1篇入选ESI热点论文，发表EI检索论文6篇，谷歌学术引用500余次。获授权国家发明专利共8项。主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项，中国博士后科学基金项目2项，博士研究生创新人才培养项目1项，参与国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等项目10余项。获大连海事大学优秀博士论文、大连海事大学优秀研究生等奖励荣誉。

刘陆，大连海事大学副教授，博士生导师。主持国家重点研发计划子课题1项、国家自然科学基金2项，参与科技部重大项目等国家级项目8项。发表SCI期刊论文82篇，JCR一区论文70篇，TOP期刊论文44篇。论文SCI他引1386次，谷歌学术引用3032次，谷歌H-指数26；出版无人船控制专著3部；授权国家发明专利75项。获辽宁省自然科学一等奖1项，航海青年科技奖1项，中国海洋工程科学技术一等奖1项，教育部自然科学二等奖1项。获中国科协青年托举人才，辽宁省兴辽英才青年拔尖人才等荣誉。

作者研究团队长期从事无人艇制导、控制、协同、优化、对抗的研究，在作者团队出版的上一部专著《无人船集群协同控制理论与实践》的基础之上，《无人艇集群协同包围控制理论与实践》系统地总结了关于无人艇集群协同包围控制理论与实践研究成果。

无人艇集群协同包围控制理论与实践

彭周华等著

北京：科学出版社，2025.4

本书针对具有欠驱动、非线性、强耦合、不确定性、强扰动、多约束、有限通信带宽等特点的无人艇集群系统，系统地探索了复杂海洋环境下无人艇集群的包围控制问题，为无人艇网络化、集群化、智能化海上作业奠定坚实的理论与技术基础。全书共8 章。

▲ 本书内容与结构

第1章综述了无人艇协同包围控制的研究现状，总结了无人艇协同包围的技术难题。

第2章介绍了无人艇集群协同包围控制系统设计与分析所必需的基础知识。

第3章研究了目标速度未知的单无人艇单目标包围控制问题。

第4章研究了模型参数完全未知的多无人艇协同单目标包围控制问题。

第5章研究了状态和输入约束下的多无人艇协同多目标包围控制问题。

第6章研究了避碰避障约束下的多无人艇协同多目标包围控制问题。

第7章研究了基于单路径导引的多无人艇协同包围控制问题。

第8章研究了基于闭合路径导引的多无人艇协同包围控制问题。

本书的研究工作建立在与多位国际顶尖学者合作研究的基础之上，包括欧洲科学院院士、IEEE 会士、香港城市大学王钧教授，欧洲科学院院士、IEEE 会士、澳大利亚斯威本科技大学副校长韩清龙教授，IEEE 会士、香港科技大学张福民教授，加拿大工程院院士、IEEE 会士、维多利亚大学施阳教授，欧洲科学院院士、IEEE 会士、华南理工大学陈俊龙教授，在此表示深深的敬意和感谢。

本书相关研究工作得到了科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目，国家自然科学基金项目等项目的资助。

本文摘编自《无人艇集群协同包围控制理论与实践》（彭周华等著. 北京：科学出版社，2025.4）一书“前言”“第 1 章 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

责任编辑：姜 红 狄源硕

无人艇集群技术是实现海洋强国战略的核心技术支撑之一，本书从包围制导、模糊控制、智能优化一体化出发，系统论述了关于无人艇集群协同包围控制的最新理论与实践研究进展。本书的主要内容包括：无人艇集群协同包围控制的国内外研究进展与研究挑战、无人艇集群协同包围控制系统设计与分析的基础知识、目标速度未知的单无人艇单目标包围控制、模型参数完全未知的多无人艇协同单目标包围控制、状态和输入约束下的多无人艇协同多目标包围控制、避碰避障约束下的多无人艇协同多目标包围控制、基于单路径导引的多无人艇协同包围控制、基于闭合路径导引的多无人艇协同包围控制。

本书可作为高等院校船舶与海洋工程、控制科学与工程、人工智能相关专业本科生和研究生的参考书，也可供无人艇集群控制、海洋航行器集群控制、无人系统攻防对抗等方向的理论研究人员与工程技术人员阅读。

（本文编辑：刘四旦）

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