[发明专利]波浪滑翔器实际航向预测方法

说明书

本发明提供的是一种波浪滑翔器实际航向预测方法。(1)通过GPS获得短时间内波浪滑翔器两点位置，得到波浪滑翔器的运动方向。(2)由上浮体和潜体各自携带的罗经得到上浮体的航向角和转艏角速度及潜体的航向角和转艏角速度。(3)建立波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型，在k时刻根据前一时刻的估计参数计算出模型该时刻的输出，即波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型的输出预报值，同时计算出预报误差。(4)将预报误差反馈到波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型中，在准则下计算出k时刻的模型参数估计值，并更新模型参数，迭代下去直至其准则函数达到最小值。本发明的方法解算精度与距离无关，结构清晰，易于编写计算机程序实现。

技术领域

本发明涉及的是一种波浪滑翔器的航向预测方法。具体地说是一种波浪滑翔器的实际航向预测方法。

背景技术

波浪滑翔器是一款新型的海上无人移动的观测平台，具有大尺度，超长续航，经济环保的海洋环境观测能力。波浪滑翔器是由水面浮体母船、水下滑翔体和起连接两者作用的连接链索三部分组成。波浪滑翔器设计的原理是能依靠海洋中无处不在的波浪能转换为其向前的推进力，水面浮体甲板上搭载着太阳能电池板转化太阳能为电力来为搭载的仪器和传感器供电。波浪滑翔器在国外发展迅速，被广泛的应用在海洋科学研究等方面，技术也趋于成熟，但在国内才刚刚兴起，目前其技术垄断于美国，对于打破技术垄断，研制出科技水平含量较高的波浪滑翔器应用于国内各个行业有重大意义。

波浪滑翔器在执行自主路径跟随任务时，需实时获取目标点制导信息，由于波浪滑翔器的结构特征导致波浪滑翔器的实际航向很难实时确定。当获取目标实时的目标制导信息时，需实时改变波浪滑翔器的航向，在该条件下，根据当下的浮体航向角，转艏角速度和潜体的航向角，转艏角速度来预报下一时刻波浪滑翔器的实际航向十分重要。当获取目标实时的目标制导信息时，需实时改变波浪滑翔器的航向，在该条件下，根据当下的浮体航向角，转艏角速度和潜体的航向角，转艏角速度来预报下一时刻波浪滑翔器的实际航向十分重要。

哈尔滨工程大学廖煜雷等发表的论文《The intelligent control system foran unmanned wave glider》中针对海洋环境扰动尤其是海流作用下波浪滑翔器路径跟踪存在的稳态误差问题，提出了一种自适应PID制导律以补偿海流对系统运动的不利影响。然而，该制导只适用于当前位置与目标位置较近的情况，当距离较远时计算误差较大，而且该方法无法满足实时改变波浪滑翔器航向的要求，当附近海况复杂时，无法满足要求。国家海洋技术中心史健等发表的论文《基于多传感器的波浪能滑翔器导航策略研究》中基于高斯大地线算法和PID控制算法，构成了波浪滑翔器导航策略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即适用于短距离又适用于较长距离，误差小的波浪滑翔器实际航向预测方法

本发明的目的是这样实现的：

(1)通过波浪滑翔器本身携带的GPS获得k和k1时刻波浪滑翔器两点位置，时间间隔为GPS的采样周期。设定在两个位置时，位移分别为是S1和S2,进而得到两点位移ΔS。根据速度计算公式，位移ΔS与Δt的比值为速度(此速度为矢量，包括速度大小和方向)，即得到整个波浪滑翔器的运动方向，得到波浪滑翔器的运动速度方向；

(2)通过上浮体和潜体上各自的罗经，获得k时和k1时上浮体的航向角和转艏角速度及潜体的航向角和转艏角速度，分别记为和

(3)建立波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型，采用逐步逼近的办法在k时刻根据前一时刻的估计参数计算出模型该时刻的输出，即波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型的输出预报值，同时计算出预报误差；

(4)将预报误差反馈到波浪滑翔器运动系统的辨识算法模型中，在准则下计算出k时刻的模型参数估计值，并更新模型参数，这样迭代下去，直至其准则函数达到最小值，此时刻的输出及波浪滑翔器下一时刻的实际航向便是在准则下的逼近系统的输出。