【技术实现步骤摘要】
一种无人水下航行器的目标跟踪控制方法
本专利技术涉及无人水下航行器建模领域,尤其涉及一种水下航行器的目标跟踪控制方法。
技术介绍
无人水下航行器(UUV)是一种海上力量倍增器,拥有广泛而重要的军事、科研用途,在未来的海洋探测中发挥不可替代的作用。UUV搭载多种传感器,可以在复杂海况、恶劣环境下完成水下警戒、跟踪、勘探、中继通信等水下航行任务。随着技术的进步,UUV拥有更多的潜在应用领域,尤其是对人员要求严格的深海环境。UUV在水下作业过程中,一种重要的探测手段是成像探测,包括光视觉成像和声纳探测成像。在声纳探测成像方面,一种方法是基于侧扫声纳的海底成像方法,利用运动信息和声纳探测模型实现UUV定位。在光视觉成像方面,一种方法是通过分割线性成像、GVF-SNAKE模型、PSO-BP算法实现目标识别。但是基于成像的探测方法,存在时效性差、能耗高的缺点,在实用中还有很多瓶颈。。
技术实现思路
本专利技术的目的是服务于水下探测体系中UUV装备部署,满足UUV主动探测时对目标的持续有效跟踪,提出一种水下航行器的目标跟踪控制方法。为了实现上述目的,本专利技术提出了一种水下航行器的目标跟踪控制方法,所述方法包括:步骤1)在tk时刻,水下航行器根据水声探测获取目标当前位置,k为正整数;步骤2)以目标当前位置为输入,基于粒子滤波预测目标可能出现的位置,获取目标更新位置;步骤3)建立运动控制惯性坐标系和载体坐标系,由此得到水下航行器运动学的参数:姿态和位置;步骤4)根据 ...
【技术保护点】
1.一种面向水声探测的水下航行器目标跟踪控制方法,所述方法包括:/n步骤1)在t
【技术特征摘要】
1.一种面向水声探测的水下航行器目标跟踪控制方法,所述方法包括:
步骤1)在tk时刻,水下航行器根据水声探测获取目标当前位置,k为正整数;
步骤2)以目标当前位置为输入,基于粒子滤波预测目标可能出现的位置,获取目标更新位置;
步骤3)建立运动控制惯性坐标系和载体坐标系,由此得到水下航行器运动学的参数:姿态和位置;
步骤4)根据当前时刻水下航行器的姿态和位置以及目标更新位置,判断水下航行器是否进行偏航角的调整,如果不需要调整,转入步骤5),否则,对水下航行器的偏航角进行调整,转入步骤5);
步骤5)判断水下航行器是否进行俯仰角的调整,如果不需要调整,转入步骤6),如果需要调整,对水下航行器的俯仰角进行调整,转入步骤6);
步骤6)水下航行器基于偏航角和俯仰角确定的方向向目标前进,计算获取水下航行器在tk+1时刻的位置和姿态,并令k=k+1,转入步骤1);直至目标跟踪结束。
2.根据权利要求1所述的面向水声探测的水下航行器目标跟踪控制方法,其特征在于,所述步骤1)中水下航行器根据水声探测获取目标位置的具体过程为:基于主动声纳方程,分析目标强度、海洋环境噪声、检测阈和传播损失因素,计算声纳探测作用距离;如果目标在声纳探测的作用范围内,则输出tk时刻目标当前位置xk。
3.根据权利要求1或2所述的面向水声探测的水下航行器目标跟踪控制方法,其特征在于,所述步骤2)的具体过程为:
选取N个采样点以及权重集合为其中表示tk时刻根据水声探测得到的目标位置选取的第i个采样点,对应的权重为计算系统状态的后验概率密度p(xk|y1:k)为:
其中,δ(·)为狄克拉函数,xk表示探测得到的目标当前位置,y1:k表示从时刻t1到时刻tk的目标位置观测值;
更新重要性权重由下式计算:
其中,表示了系统测量噪声模型;表示tk时刻第i个采样点的状态转移概率密度;表示tk时刻的在从时刻t0到时刻tk-1第i个采样点的状态值和从时刻t1到时刻tk的目标位置观测值的前提下的第i个采样点的分布,表示从时刻t0到时刻tk-1第i个采样点的状态值;
计算归一化的权重为:
则预测的目标更新位置为:
4.根据权利要求3所述的面向水声探测的水下航行器目标跟踪控制,其特征在于,所述运动控制惯性坐标系的原点为地心O,轴OX、OY以及OZ分别远着正北、正东以及正下方向;所述载体坐标系的原点OU位于载体的体心,轴OUX沿着水下航行器的纵轴方向向前,轴OUZ垂直于轴OUX并指向海底,轴OUY由右手定则确定;
水下...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙飞虎,张扬帆,李宇,尹力,
申请(专利权)人:中国科学院声学研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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