本發(fā)明涉及無人艇集群協(xié)同定位，尤其涉及一種有限觀測量的協(xié)同定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、無人艇由于成本和載荷受限，一般裝備低精度的慣性導(dǎo)航設(shè)備，通過與北斗接收機(jī)組合導(dǎo)航，獲得高精度的導(dǎo)航信息保障。然而，北斗接收機(jī)接收的信號(hào)非常微弱，容易受到環(huán)境中的電磁干擾而不可用。協(xié)同定位技術(shù)被提出作為衛(wèi)導(dǎo)使用受限環(huán)境的一種補(bǔ)充導(dǎo)航手段。當(dāng)前無人艇集群協(xié)同定位系統(tǒng)中，一般采用領(lǐng)航艇與跟隨艇模式，或者對等模式。這兩種工作模式中，當(dāng)無人艇集群中部分無人艇的北斗接收機(jī)被干擾時(shí)，非受限區(qū)域無人艇數(shù)量或者空間分布可能達(dá)不到高精度協(xié)同定位的需求。

2、在傳統(tǒng)無人艇集群協(xié)同定位系統(tǒng)中，所有的無人艇都參與協(xié)同定位，這將導(dǎo)致兩個(gè)問題：一是無人艇集群中，有些無人艇的方位是線性相關(guān)的，即這些無人艇參與協(xié)同定位不能提供更多的信息，反而增加了協(xié)同定位計(jì)算量；二是一般衛(wèi)導(dǎo)導(dǎo)航接收機(jī)被干擾都是無人艇集群某一側(cè)的無人艇被干擾。這種情況下，衛(wèi)導(dǎo)非受限區(qū)域無人艇相對于衛(wèi)導(dǎo)受限區(qū)域無人艇的可觀性是不強(qiáng)的，即無法提供足夠的觀測信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供一種有限觀測量的協(xié)同定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，將無人艇集群中的無人艇劃分為導(dǎo)航中繼無人艇以及業(yè)務(wù)無人艇，其中導(dǎo)航中繼無人艇具有低載荷高速度的特征，作業(yè)無人艇具有高載荷低速度的特征。當(dāng)無人艇集群中部分無人艇的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)被干擾時(shí)，基于指揮控制中心計(jì)算得到中繼無人艇的最優(yōu)分布區(qū)域和行駛軌跡，保證可獲得足夠的觀測量，進(jìn)而進(jìn)行協(xié)同定位，提升整個(gè)無人艇集群的導(dǎo)航精度。

2、本發(fā)明提供一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，包括：

3、s1：將無人艇集群中的無人艇劃分為導(dǎo)航中繼無人艇以及業(yè)務(wù)無人艇；

4、s2：根據(jù)受限區(qū)域的范圍，確定衛(wèi)星導(dǎo)航干擾來向；

5、s3：根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航干擾來向，運(yùn)用幾何精度因子最優(yōu)分配原則確定導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位構(gòu)型；

6、s4：根據(jù)導(dǎo)航中繼無人艇的初始位置以及導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位構(gòu)型規(guī)劃導(dǎo)航中繼無人艇航線；

7、s5：根據(jù)受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的速度以及業(yè)務(wù)無人艇初始時(shí)刻至無人艇分布構(gòu)型滿足協(xié)同定位時(shí)刻之間的時(shí)長獲得導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度矢量；

8、s6：根據(jù)導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度矢量，導(dǎo)航中繼無人艇按導(dǎo)航中繼無人艇航線行駛至指定位置后，以受限業(yè)務(wù)無人艇速度矢量繼續(xù)行駛。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括導(dǎo)航中繼無人艇的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)是導(dǎo)航中繼，負(fù)載能源載荷以及安全航行保障載荷，業(yè)務(wù)無人艇安裝任務(wù)載荷。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括根據(jù)幾何精度因子最優(yōu)分配原則，導(dǎo)航中繼無人艇分布在以受限區(qū)域無人艇為中心的正多邊的頂點(diǎn)。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括協(xié)同定位誤差項(xiàng)中，與幾何精度因子相關(guān)的誤差項(xiàng)為：

12、

13、其中，為無人艇集群中與空間分布相關(guān)的誤差，為參與協(xié)同定位的無人艇的數(shù)目，為第時(shí)刻第個(gè)無人艇與第個(gè)無人艇x軸方向的位置差，為第時(shí)刻第個(gè)無人艇與第個(gè)無人艇y軸方向的位置差，定義，；

14、根據(jù)拉格朗日數(shù)乘法，與幾何精度因子相關(guān)的誤差項(xiàng)最小時(shí)，滿足：

15、

16、其中，和根據(jù)無人艇之間的相對位置決定；

17、在二維笛卡爾坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)為衛(wèi)導(dǎo)被干擾的無人艇的位置，第1個(gè)導(dǎo)航中繼無人艇位于橫坐標(biāo)軸上，坐標(biāo)為，為第個(gè)導(dǎo)航中繼無人艇與原點(diǎn)之間的距離，為第時(shí)刻第個(gè)導(dǎo)航中繼無人艇與第個(gè)導(dǎo)航中繼無人艇相對于原點(diǎn)的夾角，定義，則有：

18、

19、由此獲得，與幾何精度因子相關(guān)的誤差項(xiàng)最小時(shí)，滿足：

20、

21、無人艇集群基于數(shù)據(jù)鏈的協(xié)同定位的最優(yōu)隊(duì)形為導(dǎo)航中繼無人艇的位置在以受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇為中心的正邊形的頂點(diǎn)上。

22、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括所述導(dǎo)航中繼無人艇與受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇之間的距離大于10km。

23、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括s4步驟中，導(dǎo)航中繼無人艇航線規(guī)劃方法包括：

24、s41：計(jì)算初始時(shí)刻導(dǎo)航中繼無人艇和受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的位置差矢量；

25、s42：根據(jù)受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的速度矢量以及初始時(shí)刻至導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)刻之間的時(shí)長，計(jì)算初始時(shí)刻至導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)刻受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇行駛的距離矢量，；

26、s43：指揮控制中心計(jì)算的滿足導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)，受限業(yè)務(wù)無人艇與導(dǎo)航中繼無人艇之間的位置差矢量；

27、s44：導(dǎo)航中繼無人艇初始時(shí)刻至導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)刻行駛的距離矢量滿足：

28、

29、為規(guī)劃的導(dǎo)航中繼無人艇的航線。

30、根據(jù)本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法，還包括s5步驟中，導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度計(jì)算表達(dá)式為：

31、

32、其中，為導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度矢量，為受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的速度矢量，為業(yè)務(wù)無人艇初始時(shí)刻至導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)刻之間的時(shí)長，為初始時(shí)刻導(dǎo)航中繼無人艇和受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的位置差矢量，為指揮控制中心計(jì)算的滿足導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位時(shí)，受限業(yè)務(wù)無人艇與導(dǎo)航中繼無人艇之間的位置差矢量。

33、本發(fā)明還提供一種有限觀測量的協(xié)同定位系統(tǒng)，包括：

34、分類模塊，所述分類模塊用于將無人艇集群中的無人艇劃分為導(dǎo)航中繼無人艇以及業(yè)務(wù)無人艇；

35、干擾確定模塊，所述干擾確定模塊用于根據(jù)受限區(qū)域的范圍，確定衛(wèi)星導(dǎo)航干擾來向；

36、定位構(gòu)型模塊，所述定位構(gòu)型模塊用于根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航干擾來向，運(yùn)用幾何精度因子最優(yōu)分配原則確定導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位構(gòu)型；

37、航線規(guī)劃模塊，所述航線規(guī)劃模塊用于根據(jù)導(dǎo)航中繼無人艇的初始位置以及導(dǎo)航中繼無人艇協(xié)同定位構(gòu)型規(guī)劃導(dǎo)航中繼無人艇航線；

38、航速計(jì)算模塊，所述航速計(jì)算模塊用于根據(jù)受限區(qū)域業(yè)務(wù)無人艇的速度以及業(yè)務(wù)無人艇初始時(shí)刻至無人艇分布構(gòu)型滿足協(xié)同定位時(shí)刻之間的時(shí)長獲得導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度矢量；

39、行駛模塊，所述行駛模塊用于根據(jù)導(dǎo)航中繼無人艇的行駛速度矢量，導(dǎo)航中繼無人艇按導(dǎo)航中繼無人艇航線行駛至指定位置后，以受限業(yè)務(wù)無人艇速度矢量繼續(xù)行駛。

40、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種有限觀測量的協(xié)同定位方法的步驟。

41、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述一種有限觀測量的協(xié)同定位方法的步驟。

42、本發(fā)明實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果之一：

43、本發(fā)明提供的一種有限觀測量的協(xié)同定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，通過將無人艇集群中的無人艇劃分為導(dǎo)航中繼無人艇以及業(yè)務(wù)無人艇，其中導(dǎo)航中繼無人艇具有低載荷高速度的特征，作業(yè)無人艇具有高載荷低速度的特征。當(dāng)無人艇集群中部分無人艇的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)被干擾時(shí)，基于指揮控制中心計(jì)算得到中繼無人艇的最優(yōu)分布區(qū)域和行駛軌跡，保證可獲得足夠的觀測量，進(jìn)而進(jìn)行協(xié)同定位，提升整個(gè)無人艇集群的導(dǎo)航精度。

44、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。