一种海洋环境下的水下航行体运动轨迹估计方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋环境下的水下航行体运动轨迹估计方法，属于目标运动轨迹估计领域。在本发明专利技术的估计方法中，首先建立水下航行体的水下空间运动方程组，针对对其运动轨迹影响较大的海浪和海流两个海洋环境特性，分别建立波浪、海流的数值模型，研究分析水下航行体垂直出水时运动轨迹参数受波浪、海流影响时的变化规律，并利用该规律对水下航行体的运动轨迹进行估计。本发明专利技术可以为决策者选择水下航行体适当的启动时机及姿态控制等提供科学依据，并可为后续水下航行体水下运动时机及方式的制定等相关工作提供技术支撑。

A method for trajectory estimation of underwater vehicle under marine environment

The invention discloses a method for estimating the motion trajectory of an underwater vehicle in an ocean environment, belonging to the field of target motion trajectory estimation. The estimation method of the invention, a first underwater vehicle underwater space motion equations for large waves and currents of two marine environment characteristics influence on its trajectory, numerical models were built in waves and current research, analysis of the change regularity of underwater vehicle vertical water movement trajectory parameters wave and current effects, and motion trajectory of the underwater vehicle are estimated by the law. The invention can choose appropriate underwater vehicle starting time and attitude control so as to provide scientific basis for decision makers, and can provide technical support for related work exercise time and way of making body under water for subsequent underwater navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境下的水下航行体运动轨迹估计方法
本专利技术属于目标运动轨迹估计领域，尤其涉及一种海洋环境影响下的水下航行体运动轨迹估计技术。
技术介绍
水下航行体在水下运动过程中，海流、海浪等海洋环境因素将对水下航行体的运动轨迹产生重要影响。当水下航行体从开始运动至飞行接近水面时，由于波浪的作用，其运动轨迹因受到强烈的干扰而可能产生偏离，偏离大小受波浪的参数，如波高、波长、周期、波速等的制约，具有较大的随机性。波浪的影响主要体现在两个方面：首先，在波浪的冲击下，水下航行体瞬时位于波面附近的部分承受较大的切应力载荷，航行体按照预定规律运动的能力和稳定性将面临巨大考验；其次，若波浪力作用在水下航行体质心两侧，则会产生较大的偏转力矩，使其运动姿态发生改变，就可能导致其运动航迹发生彻底改变。因此，波浪是影响水下航行体运动轨迹的重要因素。水下垂直运动与水平运动相比，整个运动过程中水下航行体运动轨迹受海流影响要大得多。而为了实现既定目标，水下航行体的出水角度要控制在90度附近，因此水下航行体在整个水下运动过程中将处于大攻角状态，此种状态下的水下流体动力建模、运动轨迹控制等都是全新的技术问题。在诸多海本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋环境下的水下航行体运动轨迹估计方法，其步骤是：第一步：首先建立表示某一时刻水下航行体运动参数与受力关系的水下航行体空间运动方程组，水下航行体所受的力包括浮力，重力，粘性位置力，粘性阻尼力和推力，其中重力、浮力和推力可通过已知公式计算得到，粘性阻尼力为一常数；第二步：粘性位置力由海浪扰动力产生，其大小和方向由海浪参数包括波浪波幅A、波浪方向γ和波浪圆周频率ω决定，波浪参数可通过测波仪测量得到，将水下航行体沿轴向进行切分，利用波浪参数对水下航行体各个切片所受的波浪扰动力进行计算，得到水下航行体所受的海浪扰动力，将海浪扰动力作为粘性位置力带入水下空间运动方程组中，将该方程组离散化，对水下航行...

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境下的水下航行体运动轨迹估计方法，其步骤是：第一步：首先建立表示某一时刻水下航行体运动参数与受力关系的水下航行体空间运动方程组，水下航行体所受的力包括浮力，重力，粘性位置力，粘性阻尼力和推力，其中重力、浮力和推力可通过已知公式计算得到，粘性阻尼力为一常数；第二步：粘性位置力由海浪扰动力产生，其大小和方向由海浪参数包括波浪波幅A、波浪方向γ和波浪圆周频率ω决定，波浪参数可通过测波仪测量得到，将水下航行体沿轴向进行切分，利用波浪参数对水下航行体各个切片所受的波浪扰动力进行计算，得到水下航行体所受的海浪扰动力，将海浪扰动力作为粘性位置力带入水下空间运动方程组中，将该方程组离散化，对水下航行体的运动参数进行迭代求解，从而得到初始运动参数；第三步：利用海流扰动力对初始运动参数进行修正，利用海流传感器测量海流流向和流速，将海流速度矢量线性叠加到上一步估计得到的水下航行体速度矢量上，从而得到该时刻的水下航行体运动参数估计值；第四步：对后续时刻，重复第二步和第三步，得到后续时刻的运动参数估计值，结合初始运动时刻水下航行体位置坐标，即可估计得到完整的目标运动轨迹。2.如权利要求1所述的水下航行体运动轨迹估计方法，其特征是，所述的水下航行体空间运动方程组是：式中：是航行体浮心处的线加速度在三个坐标轴上的分量；是航行体角加速度在三个坐标轴上的分量；vox，voy，voz是航行体浮心处的速度在三个坐标轴上的分量；ωx，ωy，ωz是航行体角速度在三个坐标轴上的分量；Amλ是惯性矩阵，即其中：m是航行体质量；λij，i，j＝1，2，..，6是附加质量；xc，yc，zc是为航行体质心位置；Ji，j，i，j＝x，y，z是航行体转动惯量、惯性矩，惯性矩阵Amλ中的各参数均为常数量；Avω是速度矩阵，即AFM是力矩阵，即

【专利技术属性】
技术研发人员：王红萍，李智生，阎肖鹏，张丹，辛健，
申请(专利权)人：中国人民解放军九一五五零部队，
类型：发明
国别省市：辽宁,21