Uuv對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法
2023-04-26 12:16:11
Uuv對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法
【專利摘要】本發明公開了一種UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法。包括以下幾個步驟：UUV利用通訊聲納探測運動母船的位置ptar和速度vtar，將預設的母船禁航區信息輸送給UUV，得到N個禁航區的位置pobs_i和速度vobs_i；建立UUV和運動母船以及禁航區的相對運動；規劃UUV下一步的速度和航向；UUV執行下一步的速度和航向指令，判斷UUV到運動母船的距離是否小於閾值K，如果不小於閾值，重複步驟一～步驟四，如果小於閾值，完成UUV對運動母船的跟蹤。本發明將UUV、母船和禁航區的位置信息作為規劃要素外，加入了三者的速度信息，以達到UUV跟蹤運動母船的同時規避運動的禁航區的目的，具有良好的控制性能和實時性。
【專利說明】UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於UUV對運動母船的跟蹤方法，尤其涉及一種UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法。
【背景技術】
[0002]無人水下航行器UUV(Unmanned Underwater Vehicle)作為人類在海洋活動，特別是深海活動中的重要替代者和執行者，已被廣泛應用於科學考察，深海作業，打撈救生等領域。無人水下航行器完成任務之後，需要返回母船進行數據回放，下載新的使命任務等工作，因此航行器的回收作業是不可缺少的過程。航行器回收作業中的回鄔階段是很重要的階段，在該階段中如何能快速安全地實現對帶有禁航區的運動母船的跟蹤是很重要的問題。
[0003]國內外眾多學者對運動目標的跟蹤問題進行了深入的研究，提出了許多有效的跟蹤方法，比如UKF算法，粒子濾波方法，人工勢場算法等，人工勢場法，計算簡單，實時性好，對傳感器要求低，比如利用聲吶傳感器就可以完成對障礙的測量，今年得到了廣泛的研究和應用，特別適合航行器在未知動態環境中的運動規劃。但是傳統的人工勢場法僅僅是利用局部信息進行規劃，不可避免的存在一些缺陷和漏洞:陷入局部最優解問題，即航行器在某些情況下不可達；窄道路徑震蕩問題，距離太近的障礙物無法得到有效路徑的問題等，並且對於運動的物體很難實現避碰與跟蹤。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種能夠實現對運動母船跟蹤的同時規避其周圍禁航區的，UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，包括以下幾個步驟:
[0007]步驟一:UUV利用通訊聲納探測運動母船的位置Pto和速度vtm，將預設的母船禁航區信息輸送給UUV，得到N個禁航區的位置P-—i和速度Vtjbsi, i = 1，2，..-N；
[0008]步驟二:建立UUV和運動母船以及禁航區的相對運動；
[0009]步驟三:由UUV和運動母船以及禁航區的相對運動，規劃UUV下一步的速度和航向；
[0010]步驟四:UUV執行下一步的速度和航向指令，判斷UUV到運動母船的距離是否小於閾值K，如果不小於閾值，重複步驟一~步驟四，如果小於閾值，完成UUV對運動母船的跟
足示O
[0011]本發明UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法還可以包括:
[0012]1、UUV和運動母船的相對運動為:
[0013]pr(=[xrs y?f
[0014]其中:
【權利要求】
1.UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:包括以下幾個步驟: 步驟一:UUV利用通訊聲納探測運動母船的位置Ptm和速度vto，將預設的母船禁航區信息輸送給UUV，得到N個禁航區的位置P-—i和速度Vtjbsi, i = 1，2，..-N； 步驟二:建立UUV和運動母船以及禁航區的相對運動； 步驟三:由UUV和運動母船以及禁航區的相對運動，規劃UUV下一步的速度和航向；步驟四:UUV執行下一步的速度和航向指令，判斷UUV到運動母船的距離是否小於閾值K，如果不小於閾值，重複步驟一~步驟四，如果小於閾值，完成UUV對運動母船的跟蹤。
2.根據權利要求1所述的UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:所述的UUV和運動母船的相對運動為:
3.根據權利要求2所述的UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:所述的規劃UUV下一步的速度和航向的方法為: (一)由UUV和運動母船以及禁航區的相對運動，建立UUV和運動母船的引力勢場、UUV和禁航區的斥力勢場； UUV和運動母船的引力勢場Uatt:
4.根據權利要求3所述的UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:所述的運動母船的禁航區有2個，分別位於船艏和船艉，第一禁航區和第二禁航區的中心坐標分別為:
Qi = [xo Yo+LJt
Q2 一 [xo Yo-^L2] 其中，母船的長為L，寬為W，在母船坐標系下，母船的中心坐標為(? %)，L1為母船的中心到船艏的距離，L2為母船的中心到船艉的距離。
5.根據權利要求3所述的UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:所述的運動母船的禁航區有四個，設定運動母船的第一個禁航區、第二個禁航區、第三個禁航區、第四個禁航區中心的坐標分別為:
Qi = [xo Yo+LJt
Q2 一 [xo Yo-^L2]Q3 = [x0-b-W/2 y0]T
Q4 = [xo+b+ff/2 y0]T 其中，母船的長為L，寬為W，在母船坐標系下，母船的中心坐標為(? %)，L1為母船的中心到船艏的距離，L2為母船的中心到船艉的距離，b為第三個禁航區或第四個禁航區的中心到母船船體的距離。
6.根據權利要求4或5所述的UUV對擁有多個禁航區的運動母船的跟蹤方法，其特徵在於:所述的 UUV跟上運動母船的閾值K為8-15米。
【文檔編號】G05D1/10GK104020776SQ201410264213
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】張偉, 張明臣, 徐達, 邊信黔, 李本銀, 周佳加 申請人:哈爾濱工程大學