一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法，步骤一：建立跟踪器运动学模型、领航器运动学模型以及两者之间距离量测的模型；步骤二：根据步骤一建立的模型通过扩展卡尔曼滤波算法对领航器状态进行估计；步骤三：根据可观测性进行协同轨迹规划，确定跟踪器理想跟踪轨迹；步骤四：根据步骤二以及步骤三中的目标状态以及跟踪轨迹，设计控制器，完成对目标的跟踪。本发明专利技术所提出的方法具有很强的鲁棒性和有效性。对不同的多个跟踪器均有很好的效果。好的效果。好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于水下多航行器协同定位及轨迹跟踪控制领域，涉及一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法，特别是一种基于扩展卡尔曼滤波的单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]基于距离的同步目标定位与追踪由于其在海洋科学领域的大量应用的重要性，近年来受到了广泛的关注。在执行任务中，跟踪器配备了测量目标距离的声学设备，并利用这些信息估计目标的状态(定位任务)，同时在预定目标附近保持所需的相对几何编队，以获取目标的最大距离信息用于估计(追踪任务)。由于低功率声学设备所能测量的最大量程有限制，所以追踪任务在海洋环境中具有极大的相关性。主要问题与定位任务有关。除了设计一个合适的目标状态估计器外，关键问题是如何规划跟踪器的运动，以便通过适当的机动使跟踪器到目标的范围提供足够的信息来估计目标的状态。从技术上讲，这个问题的答案必须提供跟踪器运动的条件，使获得的距离产生目标运动的可观测性。第二个问题与跟踪任务有关，即如何控制水下航行器，使它们收敛到目标附近，同时保持一个所需的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：步骤一：建立跟踪器运动学模型、领航器运动学模型以及两者之间距离量测的模型；步骤二：根据步骤一建立的模型通过扩展卡尔曼滤波算法对领航器状态进行估计；步骤三：根据可观测性进行协同轨迹规划，确定跟踪器理想跟踪轨迹；步骤四：根据步骤二以及步骤三中的目标状态以及跟踪轨迹，设计控制器，完成对目标的跟踪。2.根据权利要求1所述的一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤一具体为：建立跟踪器运动学模型：假设有N个跟踪器(N≥1)，{I}＝{x
I
,y
I
,z
I
}为惯性坐标系，为第i个跟踪器的自身坐标系，i∈N；代表惯性坐标系中第i个跟踪器的坐标；表示第i个跟踪器在自身坐标系中的速度向量，则跟踪器的运动学模型是：其中，R(η
[i]
)是从自身坐标系到惯性系的转换矩阵，其中向量是由滚转角、俯仰角、偏航角组成的向量，转换矩阵的导数满足：其中ω
[i]
＝[p
[i]
,q
[i]
,r
[i]
]
T
为自身固定的角速度向量，p
[i]
,q
[i]
,r
[i]
分别为x、y、z方向对应的角速度，S是一个矩阵，当跟踪器运动为三维运动时，定义为：当跟踪器运动为二维运动时：建立领航器运动学模型：将领航器看作被跟踪的目标，则代表目标的轨迹，代表惯性系下目标的速度向量，假设目标在缓慢的改变速度，其运动模型采用准稳态模型的形式描述：其中代表目标的状态，其中υ(t)是缓慢变化，w～N(0,Q
t
)为零均值高斯噪声，协方差为Q
t
，，代表着k时刻的目标状态，进行离散化得：x
k+1
＝Fx
k
+w
k
其中，当跟踪器运动为三维运动时，当跟踪器运动为二维运动时T
s
是采样时间，w～N(0,Q)，建立距离量测模型：表示跟踪器和目标之间在k时刻的真实距离其中为跟踪器i在k时刻所处位置，跟踪器与目标之间的量测模型为：其中，为高斯量测噪声。3.根据权利要求2所述的一种单领航多AUV协同定位及轨迹跟踪控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐博，沈浩，赵玉新，杨泽琼，王朝阳，吴磊，王权达，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：