基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统，包括如下步骤：分布式网络构建步骤：构建编队分布式网络；导航系统构建步骤：基于编队分布式网络构建编队一体化导航系统；融合步骤：基于编队一体化导航系统融合编队协同导航数据。本明大幅提升编队导航抗干扰、抗毁伤能力。本发明专利技术基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法的应用可以保证在任一舰艇导航正常的情况下可保障全编队导航能力。全编队导航能力。全编队导航能力。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统


[0001]本专利技术涉及定位导航的
，具体地，涉及一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统。

技术介绍

[0002]随着信息技术、航天技术、人工智能等现代科学技术的发展，传统的平台中心战向网络化作战、体系化作战演进。以美国为首的世界主要军事强国都在加强海上舰艇编队的体系化作战能力，力图在现有作战资源的基础上，通过作战节点的动态连接增强编队的健壮性和灵活性，充分释放作战力量，实现作战效能的跨越式提升。未来的海上作战将是编队级的体系化作战。在体系化作战中，建立可靠的导航基准是实现时空统一、态势融合、一体化指挥控制、分布式火力打击/拦截等关键体系作战能力的基础。
[0003]公开号为CN112947447A的中国专利技术专利文献公开了一种基于同步规划
‑
控制策略的水面无人舰艇自主导航方法，属于水面无人舰艇控制领域，基于一种同步规划
‑
控制的思想，使用一种基于栅格地图的改进人工势场方法进行避障路径规划，使用模型预测控制方法进行对于参考轨迹的跟踪，两类方法交替执行以实现自主导航控制。
[0004]针对上述现有技术，专利技术人考虑到电磁干扰、设备损坏等复杂作战环境，单一的导航数据源和导航设备难以保障舰艇编队的导航需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法，包括如下步骤：
[0007]分布式网络构建步骤：构建编队分布式网络；
[0008]导航系统构建步骤：基于编队分布式网络构建编队一体化导航系统；
[0009]融合步骤：基于编队一体化导航系统融合编队协同导航数据。
[0010]优选的，在所述分布式网络构建步骤中，以舰艇作为节点构建水面舰艇编队分布式网络{S
i
}，各节点互联互通共享导航信息，邻接节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量，构成分布式协同导航网络。
[0011]优选的，所述分布式网络构建步骤包括如下步骤：
[0012]协同导航网络构建步骤：当节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量时，具备邻接关系，根据邻接矩阵，构建协同导航网络结构；
[0013]对于一个由N个节点组成的编队{S1,S2,
…
,S
N
}；t时刻各节点间的协同导航关系用邻接矩阵A(t)表示：
[0014][0015]其中，a
ij
(t)表示节点S
i
到节点S
j
的邻接关系，{i＝1,2,
…
,N}，{j＝1,2,
…
,N}；当i＝j时，a
ij
(t)＝0；
[0016]对于水面舰艇编队，可根据舰载雷达或激光测距设备的相对导航测量有效距离计算a
ij
(t)：
[0017][0018]其中，r
ij
(t)为节点S
i
到节点S
j
的距离；r
i0
为节点S
j
舰载雷达或激光测距设备对节点S
i
进行相对导航测量的有效距离；
[0019]最短路径求解步骤：根据邻接矩阵A(t)，采用基于动态规划思想的Floyd算法求解得到最短路径；最短路径距离矩阵D(t)和路由矩阵P(t)包含了协同导航网络结构的路径信息；
[0020][0021][0022]其中，d
ij
(t)表示节点i到节点j的最短路径距离，p
ij
(t)表示节点i到节点j最短路径需经过的中间点，{i＝1,2,
…
,N}，{j＝1,2,
…
,N}；当i＝j时，a
ij
(t)＝0；
[0023]D(t)以A(t)为初始化矩阵按式(5)迭代得到；P(t)以P0为初始化矩阵按式(6)迭代得到，P0如式(7)所示；
[0024]if d
ij
(t)>d
ik
(t)+d
kj
(t),thend
ij
(t)＝d
ik
(t)+d
kj
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0025]if d
ij
(t)>d
ik
(t)+d
kj
(t),thenp
ij
(t)＝p
ik
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0026][0027]其中，i为起点；j为终点；k为中间点；if表示如果；then表示然后。
[0028]优选的，所述导航系统构建步骤包括步骤如下：
[0029]原始导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的设备级，各节点导航设备输出原始导航数据，同时舰载雷达或激光测距设备对邻接节点进行辅助定位测量得到相对导航
数据；
[0030]节点独立导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的系统级，各节点导航系统采用联邦卡尔曼滤波器对原始导航数据进行滤波融合，输出节点独立导航数据；
[0031]节点协同导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的体系级，通过节点间的相对导航数据实现动态基线传递，并基于各节点独立导航数据进行动态基线转换生成节点协同导航数据。
[0032]优选的，所述融合步骤包括如下步骤：
[0033]观测方程建立步骤：建立观测方程；
[0034]融合输出步骤：基于观测方程，加权最小二乘法融合多个节点协同导航数据输出编队协同导航数据。
[0035]根据本专利技术提供的一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航系统，包括如下模块：
[0036]分布式网络构建模块：构建编队分布式网络；
[0037]导航系统构建模块：基于编队分布式网络构建编队一体化导航系统；
[0038]融合模块：基于编队一体化导航系统融合编队协同导航数据。
[0039]优选的，在所述分布式网络构建模块中，以舰艇作为节点构建水面舰艇编队分布式网络{S
i
}，各节点互联互通共享导航信息，邻接节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量，构成分布式协同导航网络。
[0040]优选的，所述分布式网络构建模块包括如下模块：
[0041]协同导航网络构建模块：当节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量时，具备邻接关系，根据邻接矩阵，构建协同导航网络结构；
[0042]对于一个由N个节点组成的编队{S1,S2,
…
,S
N
}；t时刻各节点间的协同导航关系用邻接矩阵A(t)表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法，其特征在于，包括如下步骤：分布式网络构建步骤：构建编队分布式网络；导航系统构建步骤：基于编队分布式网络构建编队一体化导航系统；融合步骤：基于编队一体化导航系统融合编队协同导航数据。2.根据权利要求1所述的基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法，其特征在于，在所述分布式网络构建步骤中，以舰艇作为节点构建水面舰艇编队分布式网络{S
i
}，各节点互联互通共享导航信息，邻接节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量，构成分布式协同导航网络。3.根据权利要求1所述的基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法，其特征在于，所述分布式网络构建步骤包括如下步骤：协同导航网络构建步骤：当节点间通过舰载雷达或激光测距设备进行相对导航测量时，具备邻接关系，根据邻接矩阵，构建协同导航网络结构；对于一个由N个节点组成的编队{S1,S2,
…
,S
N
}，t时刻各节点间的协同导航关系用邻接矩阵A(t)表示：其中，a
ij
(t)表示节点S
i
到节点S
j
的邻接关系，{i＝1,2,
…
,N}，{j＝1,2,
…
,N}；当i＝j时，a
ij
(t)＝0；对于水面舰艇编队，根据舰载雷达或激光测距设备的相对导航测量有效距离计算a
ij
(t)：其中，r
ij
(t)为节点S
i
到节点S
j
的距离；r
i0
为节点S
j
舰载雷达或激光测距设备对节点S
i
进行相对导航测量的有效距离；最短路径求解步骤：根据邻接矩阵A(t)，采用基于动态规划思想的Floyd算法求解得到最短路径；最短路径距离矩阵D(t)和路由矩阵P(t)包含了协同导航网络结构的路径信息；最短路径；最短路径距离矩阵D(t)和路由矩阵P(t)包含了协同导航网络结构的路径信息；其中，d
ij
(t)表示节点i到节点j的最短路径距离，p
ij
(t)表示节点i到节点j最短路径需
经过的中间点，{i＝1,2,
…
,N}，{j＝1,2,
…
,N}；当i＝j时，a
ij
(t)＝0；D(t)以A(t)为初始化矩阵按式(5)迭代得到；P(t)以P0为初始化矩阵按式(6)迭代得到，P0如式(7)所示；if d
ij
(t)>d
ik
(t)+d
kj
(t),then d
ij
(t)＝d
ik
(t)+d
kj
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)if d
ij
(t)>d
ik
(t)+d
kj
(t),then p
ij
(t)＝p
ik
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，i为起点；j为终点；k为中间点；if表示如果；then表示然后。4.根据权利要求1所述的基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法，其特征在于，所述导航系统构建步骤包括步骤如下：原始导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的设备级，各节点导航设备输出原始导航数据，同时舰载雷达或激光测距设备对邻接节点进行辅助定位测量得到相对导航数据；节点独立导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的系统级，各节点导航系统采用联邦卡尔曼滤波器对原始导航数据进行滤波融合，输出节点独立导航数据；节点协同导航数据获取步骤：在编队一体化导航系统的体系级，通过节点间的相对导航数据实现动态基线传递，并基于各节点独立导航数据进行动态基线转换生成节点协同导航数据。5.根据权利要求4所述的基于分布式网络的水面舰艇编队一体化导航方法及系统，其特征在于，所述融合步骤包括如下步骤：观测方程建立步骤：建立观测方程；融合输出步骤：基于观测方程，加权最小二乘法融合多个节点协同导航数据输出编队协同导航数据。6.一种基于分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文涛，陈建平，孙全，周祥祥，梅子杰，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：