【技术实现步骤摘要】
水下航行器及其编队跟踪控制方法和装置
[0001]本专利技术涉及水下航行器控制
，尤其涉及水下航行器及其编队跟踪控制方法和装置。
技术介绍
[0002]相较于人类对陆地、空间甚至外太空的探索，人类对水下领域的认识、开发和利用还远不充分。随着人工智能技术的快速发展，水下航行器已经被应用到水下勘探及搜索、军事侦察及作战打击、水下管道维护和沉船考古等。然而，面对广袤复杂的水下环境，单个水下航行器受到储能、水下通信和定位等因素的制约，作业范围和效果受限、信息获取类型少，需要通过水下航行器队阵来完成勘探。
[0003]但是现有的水下航行器编队控制存在弊端：(1)水下航行器队阵大多采用固定队型，面对复杂环境的队型变换能力差；(2)未充分考虑水下航行器受到的海流干扰对水下航行器队形跟踪的影响，水下航行器的运动模型难以精准建立，以致现有水下航行器编队控制技术难以适应日渐复杂化和多样化的勘探任务需求。因此开展三维时变水下航行器编队控制技术研究具有重大的工程实践意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种水...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下航行器编队跟踪控制方法，适用于跟随者水下航行器，其特征在于，所述方法包括：获取导航轨迹以及期望时变队形；根据所述期望时变队形，确定与所述导航轨迹之间的预期控制间距；根据所述预期控制间距、所述导航轨迹的动力学参数和所述跟随者水下航行器的动力学参数，确定队形跟踪误差；根据非零攻角和侧滑角产生的非线性干扰和所述预期控制间距确定运动学不确定项；基于所述运动学不确定项和所述队形跟踪误差进行编队跟踪控制。2.根据权利要求1所述的水下航行器编队跟踪控制方法，其特征在于，所述动力学参数包括但不限于：重心位置坐标、纵倾角、艏向角以及沿其载体坐标系横轴、纵轴和竖轴的航行速度。3.根据权利要求2所述的水下航行器编队跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述预期控制间距、所述导航轨迹的动力学参数和所述跟随者水下航行器的动力学参数，确定队形跟踪误差，包括：基于航行时间，在所述导航轨迹上定位相对应的虚拟点；将所述跟随者水下航行器在所述航行时间的位置坐标与所述虚拟点的位置坐标之间的偏差记为第一偏差；将所述第一偏差与所述预期控制间距之间的偏差记为第二偏差；将所述第二偏差与大地坐标系到导航坐标系的旋转矩阵的乘积作为队形跟踪误差。4.根据权利要求3所述的水下航行器编队跟踪控制方法，其特征在于，所述基于所述运动学不确定项和所述队形跟踪误差进行编队跟踪控制，包括：基于所述队形跟踪误差、所述运动学不确定项和动力学控制器进行编队跟踪控制；其中，所述动力学控制器是基于队形跟踪误差动力学模型和视线制导律设计的；所述队形跟踪误差动力学模型是在考虑所述运动学不确定项的基础上构建的；所述视线制导律是以补偿所述运动学不确定项为目的设计的。5.根据权利要求4所述的水下航行器编队跟踪控制方法，其特征在于，所述基于所述队形跟踪误差、所述运动学不确定项和动力学控制器进行编队跟踪控制，包括：确定攻角和侧滑角；确定所述虚拟点的航迹角和潜伏角；根据沿载体坐标系横轴、纵轴和竖轴的航行速度，计算载体坐标系下的合速度；根据所述虚拟点沿载体坐标系横轴、纵轴和竖轴的航行速度，计算所述虚拟点的合速度；将所述队形跟踪误差、所述运动学不确定项、所述攻角、所述侧滑角、所护纵倾角、所述艏向角和在所述载体坐标系下的合速度，以及所述虚拟点的潜伏角、航迹角和所述虚拟点的合速度代入所述动力学控制器中，得到输出值；根据所述输出值进行所述编队跟踪控制。6.根据权利要求1所述的水下航行器编队跟踪控制方法，其特征在于，所述跟随者水下航行器的运动学不确定项的表达式为：
上式中，f
p
为所述跟随者水下航行器的运动学不确定项，f
x
、f和f
z
分别为f
p
的横轴分量、纵轴分量和竖轴分量，d为所述跟随者水下航行器与所述导航轨迹之间的预期控制间距，υ
B
表示所述跟随者水下航行器在其载体坐标系下的速度向量，υ
I
表示所述跟随者水下航行器在其合速度坐标系下的合速度向量，为大地坐标系到导航坐标系的旋转矩阵，为所述跟随者水下航行器的载体坐标系到大...
【专利技术属性】
技术研发人员：高宏宇，张木，薛任宇欣，张育玮，孔凡忠，王锐，赵宏亮，黄磊，刘鹏，
申请(专利权)人：新兴际华北京智能装备技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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