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)、設備及介質(zhì)。

背景技術：

1、無人艇由于成本和載荷受限，一般裝備低精度的慣性導航設備，通過與北斗接收機組合導航，獲得高精度的導航信息保障。然而，北斗接收機接收的信號非常微弱，容易受到環(huán)境中的電磁干擾而不可用。協(xié)同定位技術被提出作為衛(wèi)導使用受限環(huán)境的一種補充導航手段。當前無人艇集群協(xié)同定位系統(tǒng)中，一般采用領航艇與跟隨艇模式，或者對等模式。這兩種工作模式中，當無人艇集群中部分無人艇的北斗接收機被干擾時，非受限區(qū)域無人艇數(shù)量或者空間分布可能達不到高精度協(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，這將導致兩個問題：一是無人艇集群中，有些無人艇的方位是線性相關的，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)同定位計算量；二是一般衛(wèi)導導航接收機被干擾都是無人艇集群某一側的無人艇被干擾。這種情況下，衛(wèi)導非受限區(qū)域無人艇相對于衛(wèi)導受限區(qū)域無人艇的可觀性是不強的，即無法提供足夠的觀測信息。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決相關技術中存在的技術問題之一。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)、設備及介質(zhì)，將無人艇集群中的無人艇劃分為導航中繼無人艇以及業(yè)務無人艇，其中導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。當無人艇集群中部分無人艇的衛(wèi)星導航接收機被干擾時，基于指揮控制中心計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，進而進行協(xié)同定位，提升整個無人艇集群的導航精度。

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航中繼無人艇以及業(yè)務無人艇；

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

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

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

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

8、s6：根據(jù)導航中繼無人艇的行駛速度矢量，導航中繼無人艇按導航中繼無人艇航線行駛至指定位置后，以受限業(yè)務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，還包括導航中繼無人艇的優(yōu)先級最高的任務是導航中繼，負載能源載荷以及安全航行保障載荷，業(yè)務無人艇安裝任務載荷。

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。

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)同定位誤差項中，與幾何精度因子相關的誤差項為：

12、

13、其中，為無人艇集群中與空間分布相關的誤差，為參與協(xié)同定位的無人艇的數(shù)目，為第時刻第個無人艇與第個無人艇x軸方向的位置差，為第時刻第個無人艇與第個無人艇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的誤差項最小時，滿足：

15、

16、其中，和根據(jù)無人艇之間的相對位置決定；

17、在二維笛卡爾坐標系中，坐標原點為衛(wèi)導被干擾的無人艇的位置，第1個導航中繼無人艇位于橫坐標軸上，坐標為，為第個導航中繼無人艇與原點之間的距離，為第時刻第個導航中繼無人艇與第個導航中繼無人艇相對于原點的夾角，定義，則有：

18、

19、由此獲得，與幾何精度因子相關的誤差項最小時，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)隊形為導航中繼無人艇的位置在以受限區(qū)域業(yè)務無人艇為中心的正邊形的頂點上。

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，還包括所述導航中繼無人艇與受限區(qū)域業(yè)務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，導航中繼無人艇航線規(guī)劃方法包括：

24、s41：計算初始時刻導航中繼無人艇和受限區(qū)域業(yè)務無人艇的位置差矢量；

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

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

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

28、

29、為規(guī)劃的導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，導航中繼無人艇的行駛速度計算表達式為：

31、

32、其中，為導航中繼無人艇的行駛速度矢量，為受限區(qū)域業(yè)務無人艇的速度矢量，為業(yè)務無人艇初始時刻至導航中繼無人艇協(xié)同定位時刻之間的時長，為初始時刻導航中繼無人艇和受限區(qū)域業(yè)務無人艇的位置差矢量，為指揮控制中心計算的滿足導航中繼無人艇協(xié)同定位時，受限業(yè)務無人艇與導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航中繼無人艇以及業(yè)務無人艇；

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)星導航干擾來向；

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

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

38、航速計算模塊，所述航速計算模塊用于根據(jù)受限區(qū)域業(yè)務無人艇的速度以及業(yè)務無人艇初始時刻至無人艇分布構型滿足協(xié)同定位時刻之間的時長獲得導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)導航中繼無人艇的行駛速度矢量，導航中繼無人艇按導航中繼無人艇航線行駛至指定位置后，以受限業(yè)務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備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(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)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(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)明實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果之一：

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)、設備及介質(zhì)，通過將無人艇集群中的無人艇劃分為導航中繼無人艇以及業(yè)務無人艇，其中導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。當無人艇集群中部分無人艇的衛(wèi)星導航接收機被干擾時，基于指揮控制中心計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，進而進行協(xié)同定位，提升整個無人艇集群的導航精度。

44、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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)明的實踐了解到。