摘要
在复杂海洋环境中，涉及多艘无人艇（USV）的追逃任务在适应性、智能性和鲁棒性方面面临重大挑战。本文提出了一种新颖的多层编队控制方法，可显著提升USV编队在动态追逃场景中的机动能力。本文的主要贡献有三：（1）提出了一种可机动的追逃决策层，能够实现对逃逸者的战略性包围。该层基于阿波罗尼奥斯圆多角度包围策略和人工势场（APF）方法，可灵活调整对逃逸者的包围策略，并降低USV的资源消耗。（2）设计了基于逃逸者轨迹预测的协同层。该层在人工势场中引入了一种头部引导（HG）算子，在运动约束条件下动态预测逃逸者轨迹，辅助追捕团队完成任务。（3）提出了一种新颖的追逃分布式模型预测控制（MPC）层，确保编队跟踪的鲁棒性和避障能力。该层专门设计用于处理动态障碍物约束以及集总不确定性。通过复杂海洋扰动和多重障碍物环境下的丰富数值仿真，验证了所提出多层框架的整体性能；并通过使用单台自研USV原型的实际水域实验，验证了所开发的固定时间扩展状态观测器。
