一种大规模编队相对导航方法技术

一种大规模编队相对导航方法，它涉及相对导航领域，解决了现有的相对导航技术不能适应多种状况的问题。具体步骤如下：１、编队系统指定相对导航的坐标原点、从编队中选出ｎ个成员作为导航基站，若导航基站数目少于２个，则选择２个虚拟导航基站；２、算法开始运行时，初值估计模块对该编队成员相对于坐标原点或虚拟坐标原点的位置和速度进行估计，将估计结果作为启动滤波算法的初始值；３、滤波算法模块对成员状态不断进行预测和修正，得到该编队成员相对于坐标原点或虚拟坐标原点的位置和速度；４、输出相对于坐标原点或虚拟坐标原点的位置和速度。本发明专利技术可以降低编队成员的成本和重量，原理简单，易于实现，适用于实现多情况下的相对导航。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相对导航领域。
技术介绍
相对导航是编队任务的一项关键技术，但目前多数的导航方法都需要复杂的导航 设备。多数导航算法都是针对同步测量信息的，对于测量信息间存在时间差(例如时分多 址方式)的导航方法目前还未研究。而且，所有的导航方法都是针对某一种具体情况而设 计的，能包容多个导航成员、适应多种状况的导航方法还未出现，为此，需要设计满足多任 务、能够适应不同条件的、简单可靠的相对导航模拟软件。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的相对导航技术不能处理存在时间差的情况，并且不能包容多个导航成员、适应多种状况的问题，提供。 —种大规模编队相对导航方法是基于下述系统实现的，所述系统由多个编队成员组成，所述每个编队成员包括网络设备、导航设备、网络通信单元和核心算法单元，所述网络设备由网控器及网络连接设备组成，所述核心算法单元由数据解释模块、算法调度模块、初值估计模块和滤波算法模块组成，网络设备的数据输入/输出口与网络通信单元的网络数据输入/输出口相连，导航设备的数据输出口与网络通信单元的导航数据输入口相连，网络通信单元的数据输出口与数据解释模块的数据输入口相连，数据解释模块的数据输出口与算法调度模块的数据输入口相连，算法调度模块的数据输出口同时与初值估计模块数据输入口和滤波算法模块的数据输入口相连，初值估计模块数据输出口和滤波算法模块的数据输出口同时与网络通信单元的数据输入口相连； 基于上述系统的大规模编队的相对导航方法的具体流程如下 步骤A、网络设备接收来自网络的数据，并将接收到的数据发送给网络通信单元，网络通信单元将接收到的数据发送给数据解释模块； 步骤B、数据解释模块对接收到的数据按照数据存储顺序进行解码获得解码数据， 并将对应数据赋值给对应变量，数据解释模块将解码数据发送给算法调度模块； 所述解码数据包含指定的相对导航坐标系的坐标原点0和从编队成员中选出的n 个导航基站信息，所述导航基站信息为相对于坐标原点0的位置Os'和速度0v'，所述位 置0s'和速度0v'由其他导航设备给出，其中0《n《3; 步骤C、算法调度模块根据解码数据对应的节点号，判断出该组数据对应的编队成 员，将相应的数据传递给该编队成员，对所述编队成员进行导航，并且判断导航基站的数目 n，如果n > 2，执行步骤D，否则，即n《1 ，执行步骤E ; 步骤D、采用导航基站相对导航方法，具体步骤为 步骤Dl、在指定的坐标系中，将n个导航基站相对于坐标原点0的位置Os'作为 其他编队成员进行相对导航的基准； 步骤D2、判断本节点是否为导航基站，如果是，则执行步骤D8，否则，执行步骤D3 ; 步骤D3、采用相对导航判断接收到的解码数据是否为算法启动后接收到的第一组 数据或数据长时间丢失继而重新恢复后的第一组数据，如果是，则执行步骤D4，否则，执行 步骤D5 ; 步骤D4、初值估计模块根据导航基站的位置和本节点与导航基站的距离测量值， 按照几何关系估算本节点对应的编队成员相对于坐标原点0的位置0s和速度0v，然后执行 步骤D8 ; 步骤D5、利用上一采样周期内得到的该编队成员的最优估计结果0s'和Ov'，根 据该编队成员的运动规律和惯性测量元件的输出量对当前周期的位置Os和速度Ov进行预 测，获得预测结果； 步骤D6、本节点对应的编队成员分别与n个导航基站进行通信，并得到本编队成 员与n个导航基站的n个距离测量值； 步骤D7、滤波算法模块通过步骤D6中的n个距离测量值对步骤D5中的预测结果 进行修正，通过卡尔曼滤波得到该编队成员相对于坐标原点0的位置Os和速度Ov的最优 估计结果Os'和Ov'; 步骤D8、输出本节点对应编队成员相对于坐标原点0的位置0s'和速度Ov'，完 成当前周期该节点的导航； 步骤E、采用虚拟导航基站相对导航方法，具体过程为 步骤E1、放弃指定的坐标系，不再使用导航基站进行导航，从编队成员中任意选出 2个编队成员作为虚拟导航基站，选择其中一个虚拟导航基站作为坐标原点(O，O)，另一个 虚拟导航基站在横轴x轴上，位置为(Xs' ，O)，建立新坐标系； 步骤E2、判断本节点是否为虚拟导航基站，如果是，则执行步骤E8，否则，则执行 步骤E3 ; 步骤E3、判断接收到的解码数据是否为算法启动后接收到的第一组数据或数据长 时间丢失继而重新恢复后的第一组数据，如果是，则执行步骤E4，否则，执行步骤E5 ; 步骤E4、初值估计模块根据虚拟导航基站在虚拟坐标系中的位置和本节点与虚拟 导航基站的距离测量值，按照几何关系估算本节点对应的编队成员在虚拟坐标系中的位置 Xs和速度Xv，然后执行步骤E8 ; 步骤E5、利用上一采样周期内得到的该编队成员的最优估计结果Xs'和Xv'，根 据该编队成员的运动规律和惯性测量元件的输出量对当前周期的位置Xs和速度Xv进行预 测，获得预测结果； 步骤E6、本节点对应的编队成员分别与2个虚拟导航基站进行通信，并得到本编 队成员分别与2个虚拟导航基站的2个距离测量值； 步骤E7、滤波算法模块根据通过步骤E6获得的2个距离测量值对步骤E5中的预 测结果进行修正，通过卡尔曼滤波得到该编队成员在步骤E1中所述虚拟坐标系中的位置 Xs和速度Xv的最优估计结果Xs'和Xv'; 步骤E8、输出本节点对应的编队成员在虚拟坐标系中的位置Xs'和速度Xv'，完 成当前周期该节点的导航。 所述过程为一个周期的工作过程，下一周期的数据到来时，继续按上述步骤对相应节点进行导航。 本专利技术提出一种应用于大规模舰船和飞机编队的相对导航方法，由于编队成员间 需要通信，则可通过信号的传播时间获得成员间的相对距离，以此作为测量信息的相对导 航方法不仅可以降低编队成员的成本和重量，而且原理简单，易于实现，可以根据编队中遇 到的不同情况进行自动调节，实现多情况下的相对导航。附图说明 图1为每个编队成员的结构示意图。图2为本专利技术的大规模编队相对导航方法的 流程图。图3采用导航基站相对导航方法流程图。图4为采用虚拟导航基站相对导航方法 流程图。图5为本专利技术的相对导航方法中一个编队成员的界面显示示意图。具体实施例方式具体实施方式一 结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，一种大规模编队相 对导航方法是基于下述系统实现的，所述系统由多个编队成员组成，所述每个编队成员包 括网络设备、导航设备、网络通信单元和核心算法单元，所述网络设备由网控器及网络连接 设备组成，所述核心算法单元由数据解释模块、算法调度模块、初值估计模块和滤波算法模 块组成，网络设备的数据输入/输出口与网络通信单元的网络数据输入/输出口相连，导航 设备的数据输出口与网络通信单元的导航数据输入口相连，网络通信单元的数据输出口与 数据解释模块的数据输入口相连，数据解释模块的数据输出口与算法调度模块的数据输入 口相连，算法调度模块的数据输出口同时与初值估计模块数据输入口和滤波算法模块的数 据输入口相连，初值估计模块数据输出口和滤波算法模块的数据输出口同时与网络通信单 元的数据输入口相连； 基于上述系统的大规模编队的相对导航方法的具体流程如下 步骤A、网络设备接收来自网络的数据，并将接收到的数据发送给网络通信单元，网络通信单元将接收到的数据发送给数据解释模块； 步骤B、数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模编队相对导航方法是基于下述系统实现的，所述系统由多个编队成员组成，所述每个编队成员包括网络设备、导航设备、网络通信单元和核心算法单元，所述网络设备由网控器及网络连接设备组成，所述核心算法单元由数据解释模块、算法调度模块、初值估计模块和滤波算法模块组成，网络设备的数据输入／输出口与网络通信单元的网络数据输入／输出口相连，导航设备的数据输出口与网络通信单元的导航数据输入口相连，网络通信单元的数据输出口与数据解释模块的数据输入口相连，数据解释模块的数据输出口与算法调度模块ｓ′和Ｏｖ′；步骤Ｄ８、输出本节点对应编队成员相对于坐标原点Ｏ的位置Ｏｓ′和速度Ｏｖ′，完成当前周期该节点的导航；步骤Ｅ、采用虚拟导航基站相对导航方法，具体过程为：步骤Ｅ１、放弃指定的坐标系，不再使用导航基站进行导航，从编队成员中任意选出２个编队成员作为虚拟导航基站，选择其中一个虚拟导航基站作为坐标原点（０，０），另一个虚拟导航基站在横轴ｘ轴上，位置为（Ｘｓ′，０），建立新坐标系；步骤Ｅ２、判断本节点是否为虚拟导航基站，如果是，则执行步骤Ｅ８，否则，则执行步骤Ｅ３；步骤Ｅ３、判断接收到的解码数据是否为算法启动后接收到的第一组数据或数据长时间丢失继而重新恢复后的第一组数据，如果是，则执行步骤Ｅ４，否则，执行步骤Ｅ５；步骤Ｅ４、初值估计模块根据虚拟导航基站在虚拟坐标系中的位置和本节点与虚拟导航基站的距离测量值，按照几何关系估算本节点对应的编队成员在虚拟坐标系中的位置Ｘｓ和速度Ｘｖ，然后执行步骤Ｅ８；步骤Ｅ５、利用上一采样周期内得到的该编队成员的最优估计结果Ｘｓ′和Ｘｖ′，根据该编队成员的运动规律和惯性测量元件的输出量对当前周期的位置Ｘｓ和速度Ｘｖ进行预测，获得预测结果；步骤Ｅ６、本节点对应的编队成员分别与２个虚拟导航基站进行通信，并得到本编队成员分别与２个虚拟导航基站的２个距离测量值；步骤Ｅ７、滤波算法模块根据通过步骤Ｅ６获得的２个距离测量值对步骤Ｅ５中的预测结果进行修正，通过卡尔曼滤波得到该编队成员在步骤Ｅ１中所述虚拟坐标系中的位置Ｘｓ和速度Ｘｖ的最优估计结果Ｘｓ′和Ｘｖ′；步骤Ｅ８、输出本节点对应的编队成员在虚拟坐标系中的位置Ｘｓ′和速度Ｘｖ′，完成当前周期该节点的导航。的数据输入口相连，算法调度模块的数据输出口同时与初值估计模块数据输入口和滤波算法模块的数据输入口相连，初值估计模块数据输出口和滤波算法模块的数据输出口同时与网络通信单元的数...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹喜滨，邢艳军，张锦绣，张世杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]