亚洲成年人黄色一级片,日本香港三级亚洲三级,黄色成人小视频,国产青草视频,国产一区二区久久精品,91在线免费公开视频,成年轻人网站色直接看

一種USV水面動態(tài)自主回收UUV的方法與流程

文檔序號:11518720閱讀:1013來源:國知局
一種USV水面動態(tài)自主回收UUV的方法與流程

本發(fā)明涉及的是一種水下無人航行器(unmannedunderwatervehicle,uuv)的回收方法,具體的是一種利用水面無人航行器(unmannedsurfacevehicle,usv)水面動態(tài)自主回收uuv的方法。



背景技術:

uuv是一種可重復使用的海洋工具,uuv執(zhí)行完使命任務后是必須要進行回收的,因此對uuv進行安全回收是uuv使用的一個關鍵環(huán)節(jié)。目前uuv的回收主要有水面回收和水下回收兩種方式。對于水面回收,通常是將uuv回收到有人水面船上,整個回收過程是通過人工操作完成的。然而,隨著海上無人系統(tǒng)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了usv和uuv兩個海上無人系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)的應用方式。由于usv的體積大、速度快,因此可利用usv攜帶uuv執(zhí)行使命任務,usv攜帶uuv航渡至任務區(qū)域后將uuv布放入水,然后usv和uuv各自進行作業(yè)任務。待任務執(zhí)行完成后,usv對uuv進行回收后返航。usv和uuv從航渡、布放、作業(yè)、回收的整個過程都是無人干預、自主完成的。特別地,對于usv回收uuv來說,要實現(xiàn)在動態(tài)條件下、完全自主、安全可靠的完成整個回收過程,是具有一定難度的。

申請?zhí)枮?01610104470.1的專利文件中公開了一種“基于魯棒約束模型預測控制的uuv對線控位回收方法”,主要解決水下母船背馱式搭載uuv的自主回收方法。首先該專利是利用水下母船進行uuv的水下回收,與本發(fā)明的利用usv進行水面回收不同。其次該專利重點解決以水下背馱式搭載回收uuv的控制方法,與本發(fā)明重點解決usv和uuv相互配合進行回收的機動策略和航行方法不同。

申請?zhí)枮?01310639638.5的專利文件中公開了“一種自治水下航行器的回收系統(tǒng)及其回收方法”,主要解決工作人員位于母船上實現(xiàn)回收水下航行器的裝置和方法。該專利雖然是水面母船回收,但是母船是有人的,而且回收過程是人工操作完成的,與本發(fā)明利用usv進行無人干預的、水面自主回收不同。其次該專利重點是提出了一種安裝在水面母船上的a型架、起吊鎖等為主要設備的回收裝置以及人工操作該裝置回收uuv的方法,與本發(fā)明重點解決usv和uuv相互配合進行回收的機動策略和航行方法不同。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的是提供一種不需要人為干預,usv和uuv可根據(jù)現(xiàn)場態(tài)勢完全自主的采取回收機動策略航行,完成usv水面動態(tài)自主回收uuv的方法。

一種usv水面動態(tài)自主回收uuv的方法,包括以下步驟,

步驟一:uuv和usv在水面待機,uuv向usv發(fā)送回收請求,啟動回收過程;

步驟二:usv以固定速度駛向uuv,uuv保持原地待機;

步驟三:判斷usv是否進入回收圓,如果進入回收圓轉步驟四,否則轉步驟二;

步驟四:usv根據(jù)進入回收圓的限象,解算出其要跟蹤的虛擬usv的初始位置點pf_v_usv,uuv保持原地待機;

步驟五:虛擬usv的運動是從初始位置點pf_v_usv,按照頂風航向,沿直線航行;進行虛擬usv的運動解算,得到虛擬usv的位置,usv跟蹤虛擬usv;uuv保持原地待機;

步驟六:判斷usv是否進入激活圓,如果沒有進入激活圓轉步驟五,否則轉步驟七;

步驟七:usv保持當前航向和航速航行,并通過無線電向uuv發(fā)送激活指令;

步驟八:uuv接收激活指令后,進行虛擬uuv的運動解算,得到虛擬uuv的位置,并開始跟蹤虛擬uuv;

步驟九:判斷uuv是否進入對接圓,如果沒有進入對接圓轉步驟八,否則轉步驟十;

步驟十:uuv釋放對接機構,同時通過無線電通知usv釋放對接結構;

步驟十一:uuv與usv通過對接機構進行對接,回收完成。

本發(fā)明一種usv水面動態(tài)自主回收uuv的方法,還可以包括:

1、所述的步驟二中,usv以固定速度駛向uuv的航向指令和速度指令為:

uusv_cmd(t)=uusv_c

其中,ψusv_cmd(t)表示usv的航向指令;是uuv的位置點坐標,通過uuv上的gps傳感器測量得到;是usv的位置點坐標,通過usv上的gps傳感器測量得到;uusv_cmd(t)表示usv的航速指令;uusv_c為設定的usv固定航速。

2、所述的步驟三中,判斷usv是否進入回收圓的條件為:

如果滿足條件則usv進入回收圓;

其中,dusvtouuv(t)表示usv到uuv的距離;rhoming表示回收圓的半徑,取uuv和usv體長和的5倍。

3、所述的步驟四中,解算出虛擬usv的初始位置點pf_v_usv的方法為:

以uuv所在位置為原點,建立北東直角坐標系,分為ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ共4個限象;其中,東北為第ⅰ象限、東南為第ⅱ象限、西北為第ⅲ象限、西南為第ⅳ象限;如果usv從第ⅰ限象進入回收圓,那么令如果usv從第ⅱ限象進入回收圓,那么令如果usv從第ⅲ或第ⅳ限象進入回收圓,那么令且有l(wèi)=3×luuv,luuv為uuv的體長。

4、所述的步驟五中,進行虛擬usv的運動解算,得到虛擬usv的位置

其中,pv_usv(t)表示t時刻虛擬usv的位置點,且有為虛擬usv的位置點坐標;αw是迎風角,且有αw=αwind+π,αwind為風向角,可由usv上的風向傳感器測得;為虛擬usv運動參考量,且有

進一步得到,usv跟蹤虛擬usv的航向指令和速度指令為:

5、所述的步驟六中,判斷usv是否進入激活圓的條件為:

滿足條件則認為usv進入激活圓;

其中,dusvtov_usv(t)表示usv到虛擬usv的距離;ractive表示激活圓的半徑。

6、所述的步驟八中,進行虛擬uuv的運動解算,得到虛擬uuv的位置為:

其中,pv_uuv(t)表示虛擬uuv的位置點,且有為對接點,為usv上釋放出對接機構后對接機構的位置點,隨usv的運動而運動,為對接點坐標;稱為虛擬uuv運動參考量;ψusv(t)表示usv的實際航向角,通過uuv上的羅經(jīng)傳感器測量得到;

進一步得到,uuv跟蹤虛擬uuv時的航向指令和速度指令為:

uuuv_cmd(t)=uuuv_max·ρusv(t)·ρuuv(t)

其中,ψuuv_cmd(t)表示uuv的航向指令;uuuv_cmd(t)表示uuv的航速指令;uuuv_max表示uuv的最大航行速度,是恒定值;ρusv(t)表示與usv相關的衰減系數(shù);ρuuv(t)表示與uuv相關的衰減系數(shù)。

7、所述的步驟十中,判斷uuv是否進入對接圓的條件為:

滿足條件則認為uuv進入對接圓;

其中,duuvtov_uuv(t)表示uuv到虛擬uuv的距離;rdocking表示對接圓的半徑。

8、所述的對接點pd(t)為:

其中,ld是usv的重心到對接機構的位置點的長度,pusv(t)為usv當前的位置;

虛擬uuv運動參考量的為:

其中,uuuv(t)表示uuv的實際航行速度,通過uuv上的dvl測量得到。

9、所述的與usv相關的衰減系數(shù)ρusv(t)和與uuv相關的衰減系數(shù)ρuuv(t)為:

其中:稱為虛擬usv調(diào)節(jié)量;稱為虛擬uuv調(diào)節(jié)量。

本發(fā)明具有如下有益效果:

1.本發(fā)明根據(jù)回收態(tài)勢設計了虛擬usv和虛擬uuv的運動策略,然后通過使usv跟蹤虛擬usv以及使uuv跟蹤虛擬uuv,完成usv和uuv精確回收航行機動,可以實現(xiàn)動態(tài)條件下、無人干預、安全可靠的usv自主回收uuv。

2.本發(fā)明在usv和uuv的回收機動航行時,考慮了風對回收的影響,使整個回收過程均頂風進行,而頂風航行是利于usv和uuv的航向穩(wěn)定,可以提高回收的快速性和安全性。

3.本發(fā)明中usv和uuv的指令解算以及虛擬usv和虛擬uuv的運動解算所用到的信息量少、計算簡單、易于工程實現(xiàn)。

附圖說明

圖1usv回收uuv的示意圖;

圖2usv水面動態(tài)回收uuv的流程圖;

圖3回收圓和虛擬usv的初始位置點示意圖;

圖4usv跟蹤虛擬usv示意圖;

圖5uuv跟蹤虛擬uuv示意圖;

圖6usv對接點和虛擬uuv的位置關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖,進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

結合圖1,usv水面動態(tài)回收uuv的過程可以描述為:

回收初始狀態(tài),usv和uuv都漂浮于水面,而且整個回收過程也是在水面完成。usv和uuv通過所配置的無線電通信設備進行通信聯(lián)絡,啟動回收過程?;厥者^程開始后,usv和uuv分別根據(jù)各自的回收機動策略進行航行,目的是形成使uuv和usv逐步接近并且uuv尾隨跟蹤usv的航行態(tài)勢。當uuv和usv的距離、航向滿足回收對接條件時,usv和uuv各自伸出對接機構進行對接,整個回收過程完成。

結合圖2,usv水面動態(tài)回收uuv的流程可以描述為:

步驟一:uuv和usv在水面待機,uuv向usv發(fā)送回收請求,啟動回收過程;

步驟二:usv以固定速度駛向uuv,uuv保持原地待機,usv的航向指令和速度指令由式(1)和式(2)解算:

uusv_cmd(t)=uusv_c(2)

式中,ψusv_cmd(t)表示usv的指令航向;是uuv的位置點坐標,可通過uuv上的gps傳感器測量得到;是usv的位置點坐標,可通過usv上的gps傳感器測量得到;uusv_cmd(t)表示usv的指令航速;uusv_c為設定的usv固定航速。

步驟三:usv判斷是否進入回收圓,如果進入回收圓轉步驟四,否則轉步驟二;判斷進入回收圓的方法如式(3)所示:

式中,dusvtouuv(t)表示usv到uuv的距離;rhoming表示回收圓的半徑。

回收圓如圖3所示,是以uuv所在位置為圓心,rhoming為半徑的圓,一般rhoming可取uuv和usv體長和的5倍,即rhoming=5×(luuv+lusv),luuv是uuv的體長,lusv是usv的體長。usv進入回收圓,表明usv和uuv的距離較近,可以進行后續(xù)回收航行機動和回收動作。

步驟四:usv根據(jù)進入回收圓的限象,解算出自己要跟蹤的虛擬usv的初始位置點為要跟蹤的虛擬usv的初始位置點坐標,uuv保持原地待機。

如圖3所示,以uuv所在位置為原點,建立北東(ne)直角坐標系,分為ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ共4個限象。如果usv從第ⅰ限象進入回收圓,那么令如果usv從第ⅱ限象進入回收圓,那么令如果usv從第?;虻冖は尴筮M入回收圓,那么令且有l(wèi)=3×luuv。

步驟五:usv按一定的運動規(guī)律解算虛擬usv的位置,usv跟蹤虛擬usv;uuv保持原地待機。usv的航向指令和速度指令由式(4)和式(5)解算:

式中,表示虛擬usv的位置點坐標,通過解算得到。

usv跟蹤虛擬usv的示意如圖4所示。虛擬usv的運動是從初始位置點pf_v_usv,按照頂風航向,沿直線航行。usv則以式(4)和式(5)為指令保持對虛擬usv的跟蹤。

虛擬usv的運動及各時刻的位置解算方法由式(6)給出:

式中,pv_usv(t)表示虛擬usv的位置點,且有αw是迎風角,且有,αw=αwind+π,αwind為風向角,可由usv上的風向傳感器測得;稱為虛擬usv運動參考量,由式(7)更新得到:

步驟六:usv判斷是否進入激活圓,如果沒有進入激活圓轉步驟五,否則轉步驟七;判斷進入回收圓的方法如式(8)所示:

式中,dusvtov_usv(t)表示usv到虛擬usv的距離;ractive表示激活圓的半徑。

激活圓如圖4所示,是以虛擬usv所在位置為圓心,ractive為半徑的圓,且一般ractive可取20~30米。當usv進入激活圓,表明usv的回收航行機動已經(jīng)就位,可以激活原地待機的uuv進行回收航行機動。

步驟七:usv保持當前航向和航速航行,并通過無線電向uuv發(fā)送激活指令:

步驟八:uuv接收激活指令后,按一定的運動規(guī)律解算虛擬uuv的位置,并開始跟蹤虛擬uuv;uuv的航向指令和速度指令由式(9)和式(10)解算:

uuuv_cmd(t)=uuuv_max·ρusv(t)·ρuuv(t)(10)

式中,ψuuv_cmd(t)表示uuv的指令航向;表示虛擬uuv的位置點坐標,通過解算得到;uuuv_cmd(t)表示uuv的指令航速;uuuv_max表示uuv的最大航行速度,是恒定值;ρusv(t)表示與usv相關的衰減系數(shù);ρuuv(t)表示與uuv相關的衰減系數(shù)。兩個衰減系數(shù)的解算方法如式(11)和式(12)所示:

式中:稱為虛擬usv調(diào)節(jié)量,一般可取1-20;稱為虛擬uuv調(diào)節(jié)量,一般也可取1-20;

uuv跟蹤虛擬uuv的示意如圖5所示。虛擬uuv的運動與usv的位置、usv的航向以及usv上對接機構的位置有關,并按照尾隨usv的航行軌跡進行運動。uuv則以式(11)和式(12)為指令保持對虛擬uuv的跟蹤。虛擬uuv各時刻的位置解算方法由式(13)給出:

式中,pv_uuv(t)表示虛擬uuv的位置點,且有稱為對接點,表示usv上釋放出對接機構后對接機構的位置點,隨usv的運動而運動。稱為虛擬uuv運動參考量;ψusv(t)表示usv的實際航向角,可通過uuv上的羅經(jīng)傳感器測量得到。

usv上對接點和虛擬uuv的位置關系示意如圖6所示。由圖可以看出,pd(t)和pv_uuv(t)都是隨usv運動。圖中l(wèi)d是usv的重心到對接點pd(t)的長度,而pd(t)和pv_uuv(t)之間的距離即為

那么,從圖6可知,pd(t)由式(14)解算得到:

由式(15)更新得到:

式中,uuuv(t)表示uuv的實際航行速度,可通過uuv上的dvl(多普勒測速儀)測量得到,pusv(t)為usv當前的位置;通過usv上搭載的gps測得,usv將當前位置信息發(fā)送給uuv。

步驟九:uuv判斷是否進入對接圓,如果沒有進入對接圓轉步驟八五,否則轉步驟十;判斷進入對接圓的方法如式(16)所示:

式中,duuvtov_uuv(t)表示uuv到虛擬uuv的距離;rdocking表示激活圓的半徑。

對接如圖5所示,是以虛擬uuv所在位置為圓心,rdocking為半徑的圓,且一般rdocking可取5~10米。當uuv進入對接圓,表明uuv的回收航行機動已經(jīng)就位,可以進行最后的對接動作。

步驟十:uuv釋放對接機構,同時通過無線電通知usv釋放對接結構。步驟十一:uuv與usv通過對接機構進行對接,回收完成。

當前第1頁1 2 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1