1.一种基于角度约束的多无人艇协同拦截方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）基于预设的无人艇运动学模型和动力学模型得到各艘无人艇的控制信号并进行编队；具体如下：无人艇运动学模型表示为：       (1)；

T

其中，(x,y)和ψ是无人艇在地球固定框架中的位置和航向角，(u,v,r)是船速的向量，u是纵荡速度，v是横荡速度，r是艏摇速度；

无人艇动力学模型表示为：

      (2)；

T

其中，船速向量υ=(u,v,r) ，输入力矩 ， ，C=，D= ；

c13=‑m22v‑0.5(m23+m32)r，c23=m11u，常数m11>0、m22>0、m23≥0、m32≥0、m33>0和d11>0、d22>0、d23≥0、d32≥0、d33>0分别为包括附加质量的船舶惯性和水动力阻尼，和 分别表示纵荡轴和艏摇轴的扭矩；

（2）在编队阶段，确定领航无人艇和跟随无人艇，基于一致性构建无人艇编队；判断预设范围内是否存在来袭无人艇，若存在，则执行步骤（3），若不存在，则执行步骤（1）；具体如下：设领航无人艇编号为UN，跟随无人艇编号为Ui(i=1,2,…,N‑1)，控制输入可以表示如下： (3)；

其中，j∈[1,N]； 是领航无人艇UN在时间t的控制输入；m和k是常数，用于调整领航无人艇UN的速度和方向；D(t)是领航无人艇UN在时间t到目标点的距离，rNj(t)是领航无人艇UN和其它无人艇Uj在时间t的期望相对位置；aNj是邻接矩阵的元素，表示领航无人艇UN和其他无人艇Uj之间的连接强度；NN是领航无人艇的邻居集合；

跟随无人艇的控制输入：

  (4)；

其中，i∈[1,N‑1]，j∈[1,N]； 是跟随无人艇Ui在时间t的控制输入；k1>0，k2>0是控制增益； 和 分别是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的位置信息， 和 分别是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的速度信息，rij(t)是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的期望相对位置；aij是邻接矩阵的元素，表示跟随无人艇Ui和邻居Uj之间的连接强度；Ni是跟随无人艇Ui的邻居集合；

（3）将任务环境简化为二维平面，同时获取当前时刻无人艇编队中每艘无人艇的任务环境信息，并将任务划分为跟踪阶段和拦截阶段；任务环境简化为二维平面具体如下：设无人艇编队状态信息已知，来袭无人艇状态信息从外界实时获得即双方状态信息透明公开；

设编队第i艘无人艇Ui的位置坐标为 ，速度为 ，航向角为ψi，探测范围为dU，与来袭无人艇的相对距离和相对方位角分别为Ri和λi；来袭无人艇T的位置坐标为，速度为 ，航向角为ψT，i∈[1,N]；

获取当前时刻无人艇编队中每艘无人艇的任务环境信息包括无人艇位置信息、无人艇速度信息 、无人艇航向角ψi、来袭无人艇位置信息 、来袭无人艇速度信息 、来袭无人艇航向角ψT、编队无人艇和来袭无人艇相对距离Ri和相对方位角λi，其中，i=1,2,…,N；

（4）跟踪阶段，无人艇以领航‑跟随编队的策略向来袭无人艇移动；拦截阶段，所有无人艇以动态包围策略拦截目标；其中，不同策略之间的切换通过平滑过渡函数实现；领航‑跟随编队的策略具体如下：通过反馈控制器调整领航无人艇的位置和速度，引导跟踪并靠近来袭无人艇，其余跟随无人艇与领航无人艇保持位置和速度一致，反馈控制器设计为： (5)；

其中， 是领航无人艇跟踪目标的控制输入； 用于调整领航无人艇的位置，使其接近目标的位置； 用于调整领航无人艇的速度，使其与目标的速度一致； 和 是控制增益， 和 是t时刻领航无人艇的位置和速度， 和是t时刻来袭无人艇的位置和速度；

领航无人艇的编队控制输入公式如下：

(6)；

其中，j∈[1,N]， 是领航无人艇UN在时间t的编队控制输入， 是领航无人艇UN跟踪目标的控制输入；m是常数，用于调整领航无人艇UN的速度和方向；rNj(t)是领航无人艇UN和其他无人艇Uj在时间t的期望相对位置；aNj是邻接矩阵的元素，表示领航无人艇UN和其他无人艇Uj之间的连接强度；NN是领航无人艇UN的邻居集合；

跟随无人艇的编队控制输入：

（7）；

其中，i∈[1,N‑1]，j∈[1,N]， 是跟随无人艇Ui在时间t的编队控制输入； >0，>0是控制增益； 和 分别是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的位置信息， 和分别是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的速度信息，rij(t)是跟随无人艇Ui和其邻居Uj在时间t的期望相对位置；aij是邻接矩阵的元素，表示跟随无人艇Ui和邻居Uj之间的连接强度；Ni是跟随无人艇Ui的邻居集合；

动态包围拦截具体如下：设所有无人艇Ui(i=1,2,…,N)通过占领来袭无人艇试图穿透的不同方向，在来袭无人艇T周围建立拦截区，在时刻t，以来袭无人艇的位置信息 和速度信息 作为参考，基于预先设计的围角αi和来袭无人艇的航向角ψT，确定第i艘无人艇所需占领的拦截点Mi， 在坐标系Oxy中表示为：(8)；

其中，Oxy表示地球固定框架，Mi表示第i艘无人艇所需占领的拦截点的编号，表示拦截点坐标，围角 ，R0表示所有无人艇与来袭无人艇相对距离的平均值，作为拦截阶段所有无人艇跟踪来袭无人艇的协调变量；包围角重定义为π‑ψT+αi，当R0→0时，Mi收敛于T，包围圈逐渐收缩到来袭无人艇T的位置；包括以下步骤：（S1）首先，计算各艘无人艇Ui与拦截点Mi之间的径向误差，然后设计一个径向跟踪项引导每艘无人艇追踪拦截点位置，完成包围行为，径向引导项设计为：  (9)；

其中，i∈[1,N]， 表示第i艘无人艇的包围控制输入，>0是控制增益， 表示t时刻第i艘无人艇的位置， 表示第i艘无人艇在t时刻需要占领的拦截点的位置；

（S2）基于各艘无人艇与来袭无人艇之间的距离构建人工势场，计算用于避障的斥力影响 公式如下：(10)；

其中，

(11)；

i∈[1 ,N]， 表示t时刻无人艇Ui的避障控制输入， >0是控制增益，示t时刻无人艇Ui与来袭无人艇之间的相对距离， 表示t时刻第i艘无人艇的位置， 表示t时刻来袭无人艇的位置，dU表示编队中所有无人艇的探测范围；

将公式(10)叠加到公式(9)，得到所有无人艇的包围控制输入为：(12)；

其中，i∈[1,N]， 表示第i艘无人艇的包围控制输入， 表示t时刻无人艇Ui的避障控制输入，>0是控制增益， 表示t时刻第i艘无人艇的位置， 表示第i艘无人艇在t时刻需要占领的拦截点的位置；

定义平滑过渡函数ρ(τ(t))，其中，平滑过渡函数在0和1之间有界，为连续的S型函数，公式如下：(13)；

其中，τ(t)=R0(t)‑dτ  (14)；ρ(τ(t))是过渡函数，表示所有无人艇在编队和动态包围之间的过渡状态； 是距离协调变量，表示t时刻编队中所有无人艇与来袭无人艇相对距离的平均值；dτ是一个常数，表示期望的过渡距离，当R0(t)= dτ时，过渡函数ρ(τ(t))的值为0.5，表示过渡的中间状态；ωτ是过渡速率参数，用于调节过渡函数的变化速率；

则领航无人艇和跟随无人艇的控制输入分别如下：

领航无人艇的控制输入：

(15)；

其中，uN(t)表示t时刻领航无人艇的控制输入，ρ(τ(t))是过渡函数， 和 分别表示t时刻领航无人艇的编队控制输入和包围控制输入， 表示领航无人艇在t时刻受到的斥力影响；

跟随无人艇的控制输入：

(16)；

其中，i∈[1,N‑1]，ui(t)表示t时刻跟随无人艇的控制输入，ρ(τ(t))是过渡函数，和 分别表示t时刻跟随无人艇的编队控制输入和包围控制输入， 表示跟随无人艇在t时刻受到的斥力影响。