一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，该基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法包括以下步骤：通过根据协同导航系统模型建立系统状态方程、量测方程，利用非线性系统李导数可观测性理论对其进行可观测性分析，根据舰艇尾部螺旋桨产生的尾流建立水声通讯盲区模型，根据艇间安全距离确定安全区域模型，最终得到基于可观测性、尾流通讯盲区、艇间安全距离区域综合考虑情况下的无人艇编队构型设计方案。本发明实现了协同导航系统编队构型优化设计，适用于多艇协同导航情况下的编队构型设计。本发明忽略掉尾流的影响而得到的编队构型编排，对于协同导航系统编队构型设计有很高的实用价值。
【专利说明】一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法【技术领域】
[0001]本发明属于导航编队构型【技术领域】，尤其涉及一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法。
【背景技术】
[0002]协同作战包括多艘艇相互配合、相互协作，执行战斗任务等作战方式。多艇协同就是利用多艘成本相对较低、功能简单的艇完成一个复杂系统才能完成的任务。多艘艇组成的编队，只要有足够有效的协同策略，就能充分发挥综合资源优势，艇编队作战效能就能大于多艘艇各自为战的作战效能。多艇编队是指向目标行进过程中，保持某些队形，同时又要适应环境约束的控制技术，包含了协同定位、路径规划、通信以及编队构型等问题。编队构型设计是多艇协同导航的一项重要研究内容，编队设计的原则除了要满足特定的军事需求外，还要考虑编队构型对协同定位精度的影响、以及保证水声通信与测距的正常工作、防止艇间发生碰撞等因素的影响。艇数量增多会使队列拓扑结构复杂化，另外，在实际应用中，各艇通过外部传感器对周边其它艇进行定位，当艇自身处于某个特定物理位置时，由于周围环境的屏蔽，或是艇之间的互相遮挡，影响通信及定位。在传统长基线算法中，海底应答器可以是2个、3个或者以上(一般用到2个)，定位算法有球面交会法和双曲线、双曲面法。对于艇的协同导航来说，按照几何算法用2条领航艇的位置及领航艇与跟随艇间距离可以确定跟随艇位置的2个解，后面EKF算法融合位置信息就可以得到唯一解。如果采用3条领航艇，两两分别做双曲线几何算法，可确定唯一解。艇队形和艇间距关系研究艇间距离越大，通信设备产生误码或者中断的几率也越大，另外艇间距离越大，水声时延误差带来的测距误差越大。因此间的距离两艇之不能过大。但是任意两艇之间的距离不能小于安全距离，以防止艇间发生碰撞。利用艇的运动及它们之间的相对位置观测从而完成定位，那么艇编队在定位过程中的相对位置、运动轨迹必然会对合作定位精度产生影响。艇横向、纵向一字型排列会影响观测性和整体定位的精度，而彼此之间形成三角形构型，效果要好于并排或者纵向排列效果。综上所述，艇编队构型受到多种因素的影响，并且实际运行中，一定存在着某些环境因素(比如海流、暗礁等等)，会影响艇速度、间距和航向等约束因素的选择，进而影响艇的队形结构设计。编队规模可以结合实际的任务性质和环境约束进行适当的调難
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【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，旨在解决多艘艇的编队在实际运行存在着环境因素，会影响艇速度、间距和航向约束因素的选择，进而影响艇的队形结构设计的问题。
[0004]本发明实施例是这样实现的，一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，该基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法包括以下步骤:
[0005]步骤一，建立系统状态方程[0006]在地理坐标系下，设h时刻跟随艇起始位置为0(0，0，O)，则tk时刻跟随艇自身推算得到的状态量可以表示为:
【权利要求】
1.一种基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，其特征在于，该基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法包括以下步骤: 步骤一，建立系统状态方程: 在地理坐标系下，设h时刻跟随艇起始位置为0(0，0，0)，则tk时刻跟随艇自身推算得到的状态量可以表示为:
2.根据权利要求1所述基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，其特征在于，该基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法采用可观测性分析，尾流影响区域划定以及防碰撞安全距离圈划定综合考虑下的协同导航系统编队构型设计，忽略掉尾流的影响而得到的编队构型编排。
3.根据权利要求1所述基于水声通信的多艇协同导航编队构型的方法，其特征在于，在步骤一中，考虑到跟随艇航向信息Θ k及深度信息Zk直接可观测，只对东北向位置状态X、y进行可观测性分析，系统的连续状态方程表示如下:
X = Z(X5U)式中：
【文档编号】G01C21/20GK103674029SQ201310699813
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】徐博, 董海波, 刘杨, 邱立民, 单为, 贺浩, 易楚伟, 张广拓, 白金磊 申请人:哈尔滨工程大学