一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，該基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法包括以下步驟：通過根據協同導航系統模型建立系統狀態方程、量測方程，利用非線性系統李導數可觀測性理論對其進行可觀測性分析，根據艦艇尾部螺旋槳產生的尾流建立水聲通訊盲區模型，根據艇間安全距離確定安全區域模型，最終得到基于可觀測性、尾流通訊盲區、艇間安全距離區域綜合考慮情況下的無人艇編隊構型設計方案。本發明實現了協同導航系統編隊構型優化設計，適用于多艇協同導航情況下的編隊構型設計。本發明忽略掉尾流的影響而得到的編隊構型編排，對于協同導航系統編隊構型設計有很高的實用價值。
【專利說明】一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法【技術領域】
[0001]本發明屬于導航編隊構型【技術領域】，尤其涉及一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法。
【背景技術】
[0002]協同作戰包括多艘艇相互配合、相互協作，執行戰斗任務等作戰方式。多艇協同就是利用多艘成本相對較低、功能簡單的艇完成一個復雜系統才能完成的任務。多艘艇組成的編隊，只要有足夠有效的協同策略，就能充分發揮綜合資源優勢，艇編隊作戰效能就能大于多艘艇各自為戰的作戰效能。多艇編隊是指向目標行進過程中，保持某些隊形，同時又要適應環境約束的控制技術，包含了協同定位、路徑規劃、通信以及編隊構型等問題。編隊構型設計是多艇協同導航的一項重要研究內容，編隊設計的原則除了要滿足特定的軍事需求外，還要考慮編隊構型對協同定位精度的影響、以及保證水聲通信與測距的正常工作、防止艇間發生碰撞等因素的影響。艇數量增多會使隊列拓撲結構復雜化，另外，在實際應用中，各艇通過外部傳感器對周邊其它艇進行定位，當艇自身處于某個特定物理位置時，由于周圍環境的屏蔽，或是艇之間的互相遮擋，影響通信及定位。在傳統長基線算法中，海底應答器可以是2個、3個或者以上(一般用到2個)，定位算法有球面交會法和雙曲線、雙曲面法。對于艇的協同導航來說，按照幾何算法用2條領航艇的位置及領航艇與跟隨艇間距離可以確定跟隨艇位置的2個解，后面EKF算法融合位置信息就可以得到唯一解。如果采用3條領航艇，兩兩分別做雙曲線幾何算法，可確定唯一解。艇隊形和艇間距關系研究艇間距離越大，通信設備產生誤碼或者中斷的幾率也越大，另外艇間距離越大，水聲時延誤差帶來的測距誤差越大。因此間的距離兩艇之不能過大。但是任意兩艇之間的距離不能小于安全距離，以防止艇間發生碰撞。利用艇的運動及它們之間的相對位置觀測從而完成定位，那么艇編隊在定位過程中的相對位置、運動軌跡必然會對合作定位精度產生影響。艇橫向、縱向一字型排列會影響觀測性和整體定位的精度，而彼此之間形成三角形構型，效果要好于并排或者縱向排列效果。綜上所述，艇編隊構型受到多種因素的影響，并且實際運行中，一定存在著某些環境因素(比如海流、暗礁等等)，會影響艇速度、間距和航向等約束因素的選擇，進而影響艇的隊形結構設計。編隊規模可以結合實際的任務性質和環境約束進行適當的調難
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【發明內容】
[0003]本發明實施例的目的在于提供一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，旨在解決多艘艇的編隊在實際運行存在著環境因素，會影響艇速度、間距和航向約束因素的選擇，進而影響艇的隊形結構設計的問題。
[0004]本發明實施例是這樣實現的，一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，該基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法包括以下步驟:
[0005]步驟一，建立系統狀態方程[0006]在地理坐標系下，設h時刻跟隨艇起始位置為0(0，0，O)，則tk時刻跟隨艇自身推算得到的狀態量可以表示為:
【權利要求】
1.一種基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，其特征在于，該基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法包括以下步驟: 步驟一，建立系統狀態方程: 在地理坐標系下，設h時刻跟隨艇起始位置為0(0，0，0)，則tk時刻跟隨艇自身推算得到的狀態量可以表示為:
2.根據權利要求1所述基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，其特征在于，該基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法采用可觀測性分析，尾流影響區域劃定以及防碰撞安全距離圈劃定綜合考慮下的協同導航系統編隊構型設計，忽略掉尾流的影響而得到的編隊構型編排。
3.根據權利要求1所述基于水聲通信的多艇協同導航編隊構型的方法，其特征在于，在步驟一中，考慮到跟隨艇航向信息Θ k及深度信息Zk直接可觀測，只對東北向位置狀態X、y進行可觀測性分析，系統的連續狀態方程表示如下:
X = Z(X5U)式中：
【文檔編號】G01C21/20GK103674029SQ201310699813
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】徐博, 董海波, 劉楊, 邱立民, 單為, 賀浩, 易楚偉, 張廣拓, 白金磊 申請人:哈爾濱工程大學