[发明专利]异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法

说明书

异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法，属于海洋应用中协同轨迹规划技术领域。本发明是为了解决水下无人航行器执行任务时，由于水下信号传播距离受限而无法与工作人员通信的问题。它包括：使水下航行器保持匀速等深运动，航向不变，到达指定位置；使无人机保持等高匀速运动，与水下航行器同时到达指定位置；无人机在到达指定位置前航向不变，到达指定位置后以水下航行器为中心进行圆周运动。本发明用于无人机和水下航行器的协同轨迹规划。

技术领域

本发明涉及异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法，属于海洋应用中协同轨迹规划技术领域。

背景技术

目前在海洋应用领域中，诸如打捞、搜索、资源探测等任务大量依赖人工参与，任务执行的自动化、智能化不足，极大的影响了工作效率并提高了工作成本。采用水下无人航行器执行任务可在很大程度上解决这一问题，但对于远海任务，由于距离较远，水下信号传播距离受限，水下无人航行器和工作人员间的通信问题需要解决。

发明内容

本发明目的是为了解决水下无人航行器执行任务时，由于水下信号传播距离受限而无法与工作人员通信的问题，提供了一种异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法。

本发明所述异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法，它包括：

使水下航行器保持匀速等深运动，航向不变，到达指定位置；

使无人机保持等高匀速运动，与水下航行器同时到达指定位置；无人机在到达指定位置前航向不变，到达指定位置后以水下航行器为中心进行圆周运动；

所述无人机与水下航行器同时到达指定位置，并在到达指定位置后进行圆周运动的运动方法包括：建立运动数学模型；基于运动数学模型以约束条件的形式描述水下航行器和无人机的通信协同需求，建立优化模型；再采用优化算法求解获得无人机和水下航行器的出发时间差ΔT、初始航向角差Δψ、无人机飞行高度h_k及圆周运动半径R_w，从而实现对无人机和水下航行器的协同轨迹规划。

本发明的优点：本发明通过采用空中航行器(无人机)和水下航行器协同工作的模式，能使无人机作为通信媒介，间接实现水下航行器和基地工作人员间实时状态交互、指令及监视等目的。由于无人机和水下航行器运行速度大不相同，本发明通过优化算法完成协同航迹规划，能够保证指定海域内的无人机-航行器通信及无人机-人员通信，同时使指定任务指标达到最优，有利于实现海洋任务的自主化，降低人工成本和任务风险。

附图说明

图1是本发明所述异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法的任务场景描述示意图；

图2是无人机与水下航行器协同轨迹规划的运动示意图；

图3是无人机与水下航行器到达指定位置前的纬度变化曲线；

图4是无人机与水下航行器到达指定位置前的经度变化曲线；图3和图4中A表示水下航行器，B表示无人机；横坐标为时间/秒；

图5是无人机到达指定位置后的圆周运动轨迹；

图6是无人机的全程轨迹；图5和图6中H/m表示深度/米。

具体实施方式

下面结合图1至图6对本发明的实施方式进行具体说明：

首先进行任务场景的描述：

从基地先后释放水下航行器和无人机，使二者在速度不同的情况下同时到达指定海域。此后无人机在水下航行器上空盘旋，始终保持与水下航行器的通信。为保持异介质航行器间的通信，无人机和航行器间的距离不得超过指定范围；同时，考虑地球曲率、海洋干扰等因素，无人机需高于海平面一定高度以保持和基地上工作人员的通信。

本实施方式所述异介质无人驾驶航行器协同轨迹规划方法，它包括：