CN110412508B - 一种基于矢量水听器的主从式多uuv协同定位方法 - Google Patents

一种基于矢量水听器的主从式多uuv协同定位方法 Download PDF

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Abstract

一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，本发明涉及一种协同定位方法。本发明解决现有水下UUV协同定位时钟不同步及协同定位方法复杂的问题。过程为：主UUV停止运动向从UUV发射同步标志信号；从UUV调整自身深度至与主UUV一致，记录时间并回复应答信号；主UUV得到从UUV发射信号方向，根据从UUV回复的水声通信延迟时长，计算距离；主UUV发射测距信号；从UUV进行有序回复；主UUV记录从UUV回应测距信号的方向，并通过主UUV自身时钟与从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，主UUV将定位信息广播式传送给从UUV。本发明用于UUV协同定位。

Description

一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法
技术领域
本发明涉及一种协同定位方法，具体涉及主从式多UUV协同定位方法。
背景技术
多UUV(Unmanned Underwater Vehicle，无人水下航行器)协同定位系统在我国大力发展海洋事业的背景下变得愈发重要，无论在海洋资源探索领域还是军事应用都有着非常重要的作用。由于水下信息传输环境较为复杂，且UUV自身体积等因素，导致了多UUV在水下定位的困难。一些研究团队在UUV上安装了高精度的UUV导航设备，但由于造价过于昂贵，未能广泛应用。同时，另一些研究团队给出的多UUV水下定位方法较为复杂，增加了解算的难度，虽然定位精度有所提高，但导致了设备复杂度的提高。经检索发现专利CN103336267A的发明专利公开了一种主从式多UUV协同定位方法，但其应用了较多计算方程，及各类模型，计算较为繁琐。专利CN103823205A公开了一种水下定位导航系统和方法，但由于该方法需要现行布置基站，虽然对水下移动目标的隐蔽起到了帮助，但一旦发生基站损坏等情况，该系统将不能正常工作。同时，多UUV协同定位系统中，由于UUV个体具有差异，内部电路收到温漂等影响，处理信息速度不一致，导致不能完全做到时间同步。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有水下UUV协同定位时钟不同步及协同定位方法复杂的问题，而提出一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法。
一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法具体过程为：
步骤一、主UUV停止运动，主UUV向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息和发射时刻的时间戳；
步骤二、从UUV接收到主UUV同步标志信号后，调整自身深度至与主UUV一致并记录调整所用时间，从UUV回复应答信号，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间信息；
步骤三、主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号来源方向，计算各个从UUV回复的水声通信延迟时长，从而计算主UUV与各从UUV之间距离；
步骤四、主UUV发射测距信号，信号中包含了主UUV通知各从UUV回应该测距信号的发射顺序及主UUV发送信号时刻时间戳Tmt1；
步骤五、从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳并开始计时，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，其中各从UUV发送间隔时间设定为第一次接收到的最大的水声通信时延，并记录从UUV回应测距信号发送时刻的时间戳，计算排队时间；
步骤六、主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次从UUV回应时刻所在方向，并通过主UUV自身时钟与步骤五计算得到的各从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，确定从UUV停止运动(停止自身动力系统)后相对于主UUV的漂移运动方向及漂移距离；
步骤七、主UUV建立极坐标系，根据步骤三和步骤六，计算出各从UUV在极坐标系中的坐标；
步骤八、主UUV通过发射换能器将定位信息广播式传送给从UUV，从UUV确定自身位置后，回到自身原本深度，继续按照自身事先设定好的路线继续行驶工作，是协同相互定位方法，目的是得到目前从UUV对于主UUV的相对位置关系，主UUV的位置信息仍然采用常规导航设备进行确定。
本发明的有益效果为：
(1)该定位结算方法较为简单，仅以主UUV时钟时间为绝对时间，利用从UUV的时钟时间差来完成协同定位，以减少由于UUV个体时钟差异导致的定位误差，降低了对UUV绝对时钟准确度的要求；
提出一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，仅利用从UUV的时钟时间差来完成协同定位，以减少定位误差；
(2)将UUV集群编队的三维位置结构通过压力传感器测量深度后，从UUV自主移动至与主UUV同一深度，将整个UUV集群编队的三维位置结构控制在二维平面上，减少了计算复杂度，且定位完成后，可根据记录的信息恢复至原本的UUV集群编队三维位置结构；
(3)两次应答可降低两次应答过程中某一次由于各种因素而导致的误差，提高方法的稳定性；
(4)该方法可给出从UUV停止运动装置后，相对于主UUV的从UUV随着洋流而运动的方向，从UUV可根据集群编队的预期三维位置结构对运动方向进行调整。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是本发明方法要求的UUV结构示意图；
图3是本发明中确定从UUV相对于主UUV的漂移方向与距离的结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本具体实施方式，本实施方式一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法具体过程为：
步骤一、主UUV停止运动(主UUV停止自身动力系统)，主UUV向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息和发射时刻的时间戳；
步骤二、从UUV接收到主UUV同步标志信号后，调整自身深度至与主UUV一致并记录调整所用时间，从UUV回复应答信号，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间信息；
步骤三、主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号来源方向，计算各个从UUV回复的水声通信延迟时长，从而计算主UUV与各从UUV之间距离；
步骤四、主UUV发射测距信号，信号中包含了主UUV通知各从UUV回应该测距信号的发射顺序及主UUV发送信号时刻时间戳Tmt1；
步骤五、从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳并开始计时，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，其中各从UUV发送间隔时间设定为第一次接收到的最大的水声通信时延，并记录从UUV回应测距信号发送时刻的时间戳，计算排队时间；
步骤六、主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次从UUV回应时刻所在方向，并通过主UUV自身时钟与步骤五计算得到的各从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，确定从UUV停止运动(停止自身动力系统)后相对于主UUV的漂移运动方向及漂移距离；
步骤七、主UUV建立极坐标系，根据步骤三和步骤六，计算出各从UUV在极坐标系中的坐标；
步骤八、主UUV通过发射换能器将定位信息广播式传送给从UUV，从UUV确定自身位置后，回到自身原本深度，继续按照自身事先设定好的路线继续行驶工作，是协同相互定位方法，目的是得到目前从UUV对于主UUV的相对位置关系，主UUV的位置信息仍然采用常规导航设备进行确定。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一中主UUV停止运动(主UUV停止自身动力系统)，主UUV向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息和发射时刻的时间戳；具体过程为：
由一个主UUV和至少一个从UUV组成，其中：主UUV上装有矢量水听器，所有UUV上都装有压力传感器；
主UUV停止运动(主UUV停止自身动力系统)，开始进行主、从UUV时间同步准备，主UUV提取压力传感器数据得到自身深度H0(压力传感器回传的数据就是深度信息，内部自带解算)，主UUV通过发射换能器向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息H0和主UUV发送同步标志信号时间戳Tmt0。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤二中从UUV接收到主UUV同步标志信号后，调整自身深度至与主UUV一致并记录调整所用时间，从UUV回复应答信号，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间信息；具体过程为：
从UUV接收到主UUV发送的同步标志信号后，采集各从UUV自身压力传感器数据得到自身深度信息Hi＝{H1,H2,…,Hn}，记录各从UUV自身深度信息，将深度调整到与主UUV深度一致的位置，并记录调整自身深度所用时长Ta＝{Ta1,Ta2,…,Tan}，从UUV停止运动(并停止自身动力系统)，从UUV通过发射换能器向主UUV回复应答信号，不同从UUV的应答信号中心频率不一致，fi＝{f1,f2,…,fn}，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间Ta＝{Ta1,Ta2,…,Tan}；
其中，Hi为从UUV的深度信息向量，H1为编号为1的从UUV的深度信息，H2为编号为2的从UUV的深度信息，Hn为编号为n的从UUV的深度信息，Ta为从UUV调整自身深度所用时间的向量，Ta1为编号为1的从UUV调整自身深度所用时间，Ta2为编号为2的从UUV调整自身深度所用时间，Tan为编号为n的从UUV调整自身深度所用时间，fi为从UUV应答信号频率向量，f1为编号为1的从UUV应答信号中心频率，f2为编号为2的从UUV应答信号中心频率，fn为编号为n的从UUV应答信号中心频率。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤三中主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号来源方向，计算各个从UUV回复的水声通信延迟时长，从而计算主UUV与各从UUV之间距离；具体过程为：
主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号方向角度Dhf1＝{Dhf11,Dhf12,…,Dhf1n}，主UUV自身时钟记录主UUV接收到从UUV回复的应答信号时刻的时间戳Tmr1＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}，根据主UUV接收到从UUV回复的应答信号时刻的时间戳Tmr1＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}、主UUV发送同步标志信号时间Tmt0与调整自身深度所用时长Ta，计算本次水声通信时间延迟Td1＝{Td11,Td12,…,Td1n}，并记录本次计算得出的主UUV与从UUV之间的距离Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}；
Td1＝{Td11,Td12,…,Td1n}＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}-{Ta1,Ta2,…,Tan}-{Tmt0,Tmt0,…,Tmt0}；
Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}＝C·Td1；
其中，Td1为自主UUV发射同步标志信号时刻起至主UUV收到n个从UUV回复的应答信号的水声通信时间延迟向量，Td11为编号为1的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Td12为编号为2的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Td1n为编号为n的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Tmr1为主UUV接收到从UUV回复应答信号时刻的时间戳，Tmr11为主UUV接收到编号为1的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmr12为主UUV接收到编号为2的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmr1n为主UUV接收到编号为n的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmt0为主UUV发送同步标志信号时间，Dhf1为主UUV上的矢量水听器记录从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf11为主UUV上的矢量水听器记录编号为1的从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf12为主UUV上的矢量水听器记录编号为2的从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf1n为主UUV上的矢量水听器记录编号为n的从UUV发射的应答信号方向角度，Lmh1为主UUV与从UUV之间的距离，Lmh11为主UUV与编号为1的从UUV之间的距离，Lmh12为主UUV与编号为2的从UUV之间的距离，Lmh1n为主UUV与编号为n的从UUV之间的距离，C为声速。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤五中从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳并开始计时，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，其中各从UUV发送间隔时间设定为第一次接收到的最大的水声通信时延，并记录从UUV回应测距信号发送时刻的时间戳，计算排队时间；具体过程为：
从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳Thr＝{Thr1,Thr2,…,Thrn}，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，并记录从UUV发射回应测距信号发送时刻的时间戳Ths＝{Ths1,Ths2,…,Thsn}，计算排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}；
Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}＝{Ths1,Ths2,…,Thsn}-{Thr1,Thr2,…,Thrn}；
其中，Thw为排队时间，Thw1为编号为1的从UUV所对应的排队时间，Thw2为编号为2的从UUV所对应的排队时间，Thwn为编号为n的从UUV所对应的排队时间，Ths为回应测距信号发送时刻的时间戳，Ths1为编号为1的从UUV回应测距信号发送时刻，Ths2为编号为2的从UUV回应测距信号发送时刻，Thsn为编号为n的从UUV回应测距信号发送时刻，Thr为从UUV接收到测距信号时刻的时间戳，Thr1为编号为1的从UUV接收到测距信号时刻，Thr2为编号为2的从UUV接收到测距信号时刻，Thrn为编号为n的从UUV接收到测距信号时刻。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤六中主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次从UUV回应时刻所在方向，并通过主UUV自身时钟与步骤五计算得到的各从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，确定从UUV停止运动(停止自身动力系统)后相对于主UUV的漂移运动方向SDh＝{SDh1,SDh2,…,SDhn}及漂移距离Tf＝{Tf1,Tf2,…,Tfn}；具体过程为：
主UUV接收到从UUV回复的回应测距信号中包含排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}，根据主UUV接收到的有序的回应测距信号时刻的时间Tmr2＝{Tmr21,Tmr22,…,Tmr2n}及排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}，再次计算水声通信时延Td2＝{Td21,Td22,…,Td2n}，确定第二次主、从UUV之间距离Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}；
Td2＝{Td21,Td22,…,Td2n}＝{Tmr21,Tmr22,…,Tmr2n}-Tmt1-Thw；
Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}＝C·{Td21,Td22,…,Td2n}；
其中，C为声速，Td2为第二次水声通信时间延迟，Td21为编号为1的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Td22为编号为2的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Td2n为编号为n的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Tmr2为主UUV接收到回应测距信号时刻的时间，Tmr21为主UUV接收到编号为1的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmr22为主UUV接收到编号为2的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmr2n为主UUV接收到编号为n的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmt1为主UUV发射测距信号的时间，Thw为从UUV排队等待时间，Lmh2为第二次主UUV自身与多个从UUV的距离，Lmh21为第二次得到的主UUV自身与编号为1的从UUV的距离，Lmh22为第二次得到的主UUV自身与编号为2的从UUV的距离，Lmh2n为第二次得到的主UUV自身与编号为n的从UUV的距离；
主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次UUV回应时刻所在方向角度Dhf2＝{Dhf21,Dhf22,…,Dhf2n}，计算从UUV停止运动(停止自身动力系统)后各从UUV相对于主UUV的漂移运动方向SDh＝{SDh1,SDh2,…,SDhn}及漂移距离Tf＝{Tf1,Tf2,…,Tfn}；
Figure BDA0002157794450000071
Figure BDA0002157794450000072
其中，Dhf21为主UUV通过矢量水听器得到的编号为1的从UUV发回的回应测距信号来源方向，Dhf22为主UUV通过矢量水听器得到的编号为2的从UUV发回的回应测距信号来源方向，Dhf2n为主UUV通过矢量水听器得到的编号为n的从UUV发回的回应测距信号来源方向，SDh1为编号为1的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，SDh2为编号为2的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，SDhn为编号为n的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，Tf1为编号为1的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离，Tf2为编号为2的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离，Tfn为编号为n的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离，如附图3所示。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤七中主UUV建立极坐标系，根据步骤三和步骤六，计算出各从UUV在极坐标系中的坐标；具体过程为：
主UUV以主UUV矢量水听器位置为极点建立极坐标系，以主UUV尾部至矢量水听器方向为极轴正方向，平均两次测量距离Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}与Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}，进行误差消除，并根据第二次UUV回应时刻所在方向角度Dhf2＝{Dhf21,Dhf22,…,Dhf2n}，得出各从UUV在极坐标系下的坐标；表达式为：
Figure BDA0002157794450000073
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、主UUV停止运动，主UUV向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息和发射时刻的时间戳；
步骤二、从UUV接收到主UUV同步标志信号后，调整自身深度至与主UUV一致并记录调整所用时间，从UUV回复应答信号，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间信息；
步骤三、主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号来源方向，计算各个从UUV回复的水声通信延迟时长，从而计算主UUV与各从UUV之间距离；
步骤四、主UUV发射测距信号，信号中包含了主UUV通知各从UUV回应该测距信号的发射顺序及主UUV发送信号时刻时间戳Tmt1；
步骤五、从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳并开始计时，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，并记录从UUV回应测距信号发送时刻的时间戳，计算排队时间；
步骤六、主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次从UUV回应时刻所在方向，并通过主UUV自身时钟与步骤五计算得到的各从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，确定从UUV停止运动后相对于主UUV的漂移运动方向及漂移距离；
步骤七、主UUV建立极坐标系，根据步骤三和步骤六，计算出各从UUV在极坐标系中的坐标；
步骤八、主UUV通过发射换能器将定位信息广播式传送给从UUV，从UUV确定自身位置后，回到自身原本深度，继续按照自身事先设定好的路线继续行驶工作。
2.根据权利要求1所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤一中主UUV停止运动，主UUV向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息和发射时刻的时间戳；具体过程为：
主UUV上装有矢量水听器，所有UUV上都装有压力传感器；
主UUV停止运动，主UUV提取压力传感器数据得到自身深度H0，主UUV通过发射换能器向从UUV发射同步标志信号，同步标志信号中包含主UUV深度信息H0和主UUV发送同步标志信号时间戳Tmt0。
3.根据权利要求1或2所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤二中从UUV接收到主UUV同步标志信号后，调整自身深度至与主UUV一致并记录调整所用时间，从UUV回复应答信号，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间信息；具体过程为：
从UUV接收到主UUV发送的同步标志信号后，采集各从UUV自身压力传感器数据得到自身深度信息Hi＝{H1,H2,…,Hn}，记录各从UUV自身深度信息，将深度调整到与主UUV深度一致的位置，并记录调整自身深度所用时长Ta＝{Ta1,Ta2,…,Tan}，从UUV停止运动，从UUV通过发射换能器向主UUV回复应答信号，不同从UUV的应答信号中心频率不一致，fi＝{f1,f2,…,fn}，应答信号中包含从UUV调整深度所用时间Ta＝{Ta1,Ta2,…,Tan}；
其中，Hi为从UUV的深度信息向量，H1为编号为1的从UUV的深度信息，H2为编号为2的从UUV的深度信息，Hn为编号为n的从UUV的深度信息，Ta为从UUV调整自身深度所用时间的向量，Ta1为编号为1的从UUV调整自身深度所用时间，Ta2为编号为2的从UUV调整自身深度所用时间，Tan为编号为n的从UUV调整自身深度所用时间，fi为从UUV应答信号频率向量，f1为编号为1的从UUV应答信号中心频率，f2为编号为2的从UUV应答信号中心频率，fn为编号为n的从UUV应答信号中心频率。
4.根据权利要求3所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤三中主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号来源方向，计算各个从UUV回复的水声通信延迟时长，从而计算主UUV与各从UUV之间距离；具体过程为：
主UUV上的矢量水听器记录各个从UUV发射的应答信号方向角度Dhf1＝{Dhf11,Dhf12,…,Dhf1n}，主UUV自身时钟记录主UUV接收到从UUV回复的应答信号时刻的时间戳Tmr1＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}，根据主UUV接收到从UUV回复的应答信号时刻的时间戳Tmr1＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}、主UUV发送同步标志信号时间Tmt0与调整自身深度所用时长Ta，计算本次水声通信时间延迟Td1＝{Td11,Td12,…,Td1n}，并记录本次计算得出的主UUV与从UUV之间的距离Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}；
Td1＝{Td11,Td12,…,Td1n}＝{Tmr11,Tmr12,…,Tmr1n}-{Ta1,Ta2,…,Tan}-{Tmt0,Tmt0,…,Tmt0}；
Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}＝C·Td1；
其中，Td1为自主UUV发射同步标志信号时刻起至主UUV收到n个从UUV回复的应答信号的水声通信时间延迟向量，Td11为编号为1的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Td12为编号为2的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Td1n为编号为n的从UUV所对应的水声通信时间延迟，Tmr1为主UUV接收到从UUV回复应答信号时刻的时间戳，Tmr11为主UUV接收到编号为1的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmr12为主UUV接收到编号为2的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmr1n为主UUV接收到编号为n的从UUV回复的应答信号时刻的时间戳，Tmt0为主UUV发送同步标志信号时间，Dhf1为主UUV上的矢量水听器记录从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf11为主UUV上的矢量水听器记录编号为1的从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf12为主UUV上的矢量水听器记录编号为2的从UUV发射的应答信号方向角度，Dhf1n为主UUV上的矢量水听器记录编号为n的从UUV发射的应答信号方向角度，Lmh1为主UUV与从UUV之间的距离，Lmh11为主UUV与编号为1的从UUV之间的距离，Lmh12为主UUV与编号为2的从UUV之间的距离，Lmh1n为主UUV与编号为n的从UUV之间的距离，C为声速。
5.根据权利要求4所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤五中从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳并开始计时，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，并记录从UUV回应测距信号发送时刻的时间戳，计算排队时间；具体过程为：
从UUV接收到测距信号后，记录接收到测距信号时刻的时间戳Thr＝{Thr1,Thr2,…,Thrn}，各从UUV根据接收到的主UUV通知进行有序回复，并记录从UUV发射回应测距信号发送时刻的时间戳Ths＝{Ths1,Ths2,…,Thsn}，计算排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}；
Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}＝{Ths1,Ths2,…,Thsn}-{Thr1,Thr2,…,Thrn}；
其中，Thw为排队时间，Thw1为编号为1的从UUV所对应的排队时间，Thw2为编号为2的从UUV所对应的排队时间，Thwn为编号为n的从UUV所对应的排队时间，Ths为回应测距信号发送时刻的时间戳，Ths1为编号为1的从UUV回应测距信号发送时刻，Ths2为编号为2的从UUV回应测距信号发送时刻，Thsn为编号为n的从UUV回应测距信号发送时刻，Thr为从UUV接收到测距信号时刻的时间戳，Thr1为编号为1的从UUV接收到测距信号时刻，Thr2为编号为2的从UUV接收到测距信号时刻，Thrn为编号为n的从UUV接收到测距信号时刻。
6.根据权利要求5所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤六中主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次从UUV回应时刻所在方向，并通过主UUV自身时钟与步骤五计算得到的各从UUV的排队时间再次确定水声通信延迟，计算主、从UUV之间距离，根据两次方向及距离，确定从UUV停止运动后相对于主UUV的漂移运动方向SDh＝{SDh1,SDh2,…,SDhn}及漂移距离Tf＝{Tf1,Tf2,...,Tfn}；具体过程为：
主UUV接收到从UUV回复的回应测距信号中包含排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}，根据主UUV接收到的有序的回应测距信号时刻的时间Tmr2＝{Tmr21,Tmr22,…,Tmr2n}及排队时间Thw＝{Thw1,Thw2,…,Thwn}，再次计算水声通信时延Td2＝{Td21,Td22,…,Td2n}，确定第二次主、从UUV之间距离Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}；
Td2＝{Td21,Td22,…,Td2n}＝{Tmr21,Tmr22,…,Tmr2n}-Tmt1-Thw；
Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}＝C·{Td21,Td22,…,Td2n}；
其中，C为声速，Td2为第二次水声通信时间延迟，Td21为编号为1的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Td22为编号为2的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Td2n为编号为n的从UUV所对应的第二次水声通信时间延迟，Tmr2为主UUV接收到回应测距信号时刻的时间，Tmr21为主UUV接收到编号为1的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmr22为主UUV接收到编号为2的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmr2n为主UUV接收到编号为n的从UUV的回应测距信号时刻的时间，Tmt1为主UUV发射测距信号的时间，Thw为从UUV排队等待时间，Lmh2为第二次主UUV自身与多个从UUV的距离，Lmh21为第二次得到的主UUV自身与编号为1的从UUV的距离，Lmh22为第二次得到的主UUV自身与编号为2的从UUV的距离，Lmh2n为第二次得到的主UUV自身与编号为n的从UUV的距离；
主UUV根据矢量水听器记录从UUV回应测距信号的方向，确定第二次UUV回应时刻所在方向角度Dhf2＝{Dhf21,Dhf22,…,Dhf2n}，计算从UUV停止运动后各从UUV相对于主UUV的漂移运动方向SDh＝{SDh1,SDh2,…,SDhn}及漂移距离Tf＝{Tf1,Tf2,...,Tfn}；
Figure FDA0004053434730000041
Figure FDA0004053434730000042
其中，Dhf21为主UUV通过矢量水听器得到的编号为1的从UUV发回的回应测距信号来源方向，Dhf22为主UUV通过矢量水听器得到的编号为2的从UUV发回的回应测距信号来源方向，Dhf2n为主UUV通过矢量水听器得到的编号为n的从UUV发回的回应测距信号来源方向，SDh1为编号为1的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，SDh2为编号为2的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，SDhn为编号为n的从UUV相对于主UUV的漂移运动方向，Tf1为编号为1的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离，Tf2为编号为2的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离，Tfn为编号为n的从UUV相对于主UUV的漂移运动距离。
7.根据权利要求6所述一种基于矢量水听器的主从式多UUV协同定位方法，其特征在于：所述步骤七中主UUV建立极坐标系，根据步骤三和步骤六，计算出各从UUV在极坐标系中的坐标；具体过程为：
主UUV以主UUV矢量水听器位置为极点建立极坐标系，以主UUV尾部至矢量水听器方向为极轴正方向，平均两次测量距离Lmh1＝{Lmh11,Lmh12,…,Lmh1n}与Lmh2＝{Lmh21,Lmh22,…,Lmh2n}，进行误差消除，并根据第二次UUV回应时刻所在方向角度Dhf2＝{Dhf21,Dhf22,…,Dhf2n}，得出各从UUV在极坐标系下的坐标；表达式为：
Figure FDA0004053434730000051
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