CN117250961B - 无人移动靶船协同编队控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人移动靶船协同编队控制方法及系统，涉及靶船协同控制技术领域，该系统公开了包括：数据采集模块，所述数据采集模块包括速度检测单元，风力检测单元，高度检测单元，激光雷达，定位单元，该系统还包括执行模块，数据分析模块，通信模块，智能控制模块，其用于将分析获得的信息决策传输给执行模块；通过数据采集模块和执行模块的设置，可以在靶船遇到海浪影响偏离航线后自动对速度和角度进行调整回到预定的航行位置，保持编队的协同性；还通过设置有数据分析模块，可以根据靶船受环境的影响值大小对靶船的调整优先级进行排序，优先对影响值大的靶船进行调整，使得靶船编队始终尽量处于协同状态。

Description

无人移动靶船协同编队控制方法及系统

技术领域

本发明涉及靶船协同控制技术领域，更具体地说，它涉及无人移动靶船协同编队控制方法及系统。

背景技术

靶船的作用就是为了测试对舰攻击武器的性能的，准确性，破坏威力等；充当靶船的多数是“退役的”军舰，军用的大型船只等，除了必要的传感器，数据记录仪器和通讯设备，还必须保留船体结构和配重等，舰体的装甲一般也都保留；

为了模拟训练的真实性，现在也有根据污染驾驶技术对靶船进行协同编队，模拟真实舰队的方式，但是现有的编队控制方式虽然可以在平地保持靶船协同编队的一致性，但是实际的海面环境复杂，在遇到稍大的海浪情况下，很难保持编队协同的一致性，随着靶船航行时间的增大，编队会逐渐脱离队形。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供无人移动靶船协同编队控制方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述无人移动靶船协同编队控制系统包括：

数据采集模块；所述数据采集模块用于采集靶船信息，且所述数据采集模块包括：

速度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动速度；

风力检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动时的环境风速；

高度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的高度；

激光雷达，安装在每个靶船上，其用于水面下的障碍物和靶船前端的浪高；

定位单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的位置信息；

还包括海域信息采集单元，其用于收集靶船行进海域的地图信息；

执行模块，安装在每个靶船上，其用于实现对无人靶船行进角度和行进速度的精准控制；

通信模块，所述通信模块用于靶船之间的信息传递和靶船和其他模块之间的信息传递；

智能控制模块，其用于将分析获得的信息决策传输给执行模块；

数据分析模块，其用于对靶船的航行是否受环境影响进行评估，具体为：

获取速度检测单元感应的移动速度，并标记为V；获取风力检测单元感应获得的风力，并标记为F；获取高度检测单元感应的靶船的高度数据，并标记为G，获取激光雷达感应获得的海浪高度，并标记为H；

根据公式Eb＝(V+F)×G+H计算获得靶船航行环境对靶船航行的影响值Eb；

将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是，则发送报警信号。

优选的，所述数据分析模块还可以对靶船的调整优先级进行排序，具体为：

获取得到靶船受移动环境的影响值Eb；

获取得到靶船的行进路径和预计路径的偏离值，并标记为Pn；

利于公式Yz＝a1×Ep+a2×Pn计算获得靶船的调整优先值Yb，将靶船的调整优先值Yb由大至小进行排序，再根据靶船的调整优先值Yb的大小顺序将信号发送给执行模块，其中a1和a2为权重因子。

优选的，所述靶船和预计路径的偏离值Pn通过以下步骤获取：

所述智能控制单元包括控制台，其用于海面坐标系，从定位单元和高度定位单元获得平面位置(xn，yn)和高度位置zn，从而获得靶船的坐标(xn，yn，zn)；

以控制台为原点，从海域信息采集单元获得靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)；

通过公式Pn＝sqrt[(xn-x1)^2+(yn-y1)^2+(zn-z1)^2]×sin(Ko)/V计算获得靶船和预计路径的偏离值Pn。

优选的，所述靶船偏离角度Ko的计算方式如下：

首先计算靶船当前位置与预定路线的向量：

L1＝xn-x1、L2＝yn-y1、L3＝zn-z1；

然后计算预定路线下一个位置点和靶船当前位置的向量：

M1＝x2-x1、M2＝y2-y1、M3＝z2-z1；

最后计算两个向量的叉积：

N1＝L2×M3-L3×M2、N2＝L3×M1-L1×M3、N3＝L1×M2-L2×M1；

然后通过公式Ko＝[sqrt(N1^2+N2^2+N3^2)×180]/Pi计算获得靶船偏离角度Ko。

优选的，所述执行模块包括：

角速度调整单元；所述角速度调整单元用以对靶船的行驶角度进行调整；

获得靶船的偏离角度Ko，根据公式Kc＝[Ko+F/V]/2计算获得靶船调整回预定角度所需的角度调整值Kc，角速度调整单元根据角度调整值Kc对应调整靶船的行进角度。

优选的，所述执行模块还包括：

加速度调整单元；所述加速度调整单元用以对靶船的行驶速度进行调整；

根据速度检测单元获取到靶船的移动速度V，设定靶船的预定移动速度为U，计算获得速度的差值Ic，并判断速度的差值Ic是否等于零，如果否，则控制台发出调整信号；

获得靶船的偏离距离By，根据公式Op＝By/Ic计算获得靶船重新回到预定位置所消耗的时间为Op，再根据公式Tx＝By/Op，获得靶船回到预定位置所需要改变的调整值Tx；

在靶船的行进速度产生变化时，加速度调整单元根据速度的调整值Tx对应调整靶船的行进速度。

优选的，所述靶船偏离距离By的获取方式如下：

首先根据靶船的预定移动速度U和靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)获得靶船在预定移动速度下的移动坐标(xJ，yJ，zJ)；

然后根据定位单元靶船的坐标(xn，yn，zn)，根据公式By＝[(xJ-xn)^2+(yJ-yn)^2+(zJ-zn)^2]^0.5，计算获得靶船偏离预定位置的距离差By。

另一方面，本发明还提出了一种无人移动靶船协同编队控制方法，适用于上述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，包括以下步骤：

S1：获取速度检测单元感应的移动速度V；

S2：获取风力检测单元感应获得的风力F；

S3：获取高度检测单元感应的靶船的高度数据G；

S4：获取激光雷达感应获得的海浪高度H；

S5：计算靶船移动环境的影响值Eb，通过影响值Eb表征阻挡物影响程度；

S6：将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是则执行S7；

S7：发送报警信号。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、通过数据采集模块和执行模块的设置，可以在靶船遇到海浪影响偏离航线后自动对速度和角度进行调整回到预定的航行位置，保持编队的协同性；还通过设置有数据分析模块，可以根据靶船受环境的影响值大小对靶船的调整优先级进行排序，优先对影响值大的靶船进行调整，使得靶船编队始终尽量处于协同状态，在远程观察时维持靶船编队和预期编队形状的一致。

附图说明

图1为本发明的系统框图

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

参照图1至图2

实施例1

一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述无人移动靶船协同编队控制系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集靶船信息，且所述数据采集模块包括：

速度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动速度；

风力检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动时的环境风速；

高度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的高度；

激光雷达，安装在每个靶船上，其用于水面下的障碍物和靶船前端的浪高；

定位单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的位置信息；

还包括海域信息采集单元，其用于收集靶船行进海域的地图信息；

执行模块，安装在每个靶船上，其用于实现对无人靶船行进角度和行进速度的精准控制；

通信模块，所述通信模块用于靶船之间的信息传递和靶船和其他模块之间的信息传递；

智能控制模块，其用于将分析获得的信息决策传输给执行模块；

数据分析模块，其用于对靶船的航行是否受环境影响进行评估，具体为：

步骤一：获取速度检测单元感应的移动速度，并标记为V；获取风力检测单元感应获得的风力，并标记为F；获取高度检测单元感应的靶船的高度数据，并标记为G，获取激光雷达感应获得的海浪高度，并标记为H；

步骤二：根据公式Eb＝(V+F)×G+H计算获得靶船航行环境对靶船航行的影响值Eb；

步骤三：将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是，则发送报警信号；

所述数据分析模块还可以对靶船的调整优先级进行排序，具体为：

步骤一：获取得到靶船受移动环境的影响值Eb；

步骤二：获取得到靶船的行进路径和预计路径的偏离值，并标记为Pn；

步骤三：利于公式Yz＝a1×Ep+a2×Pn计算获得靶船的调整优先值Yb，将靶船的调整优先值Yb由大至小进行排序，再根据靶船的调整优先值Yb的大小顺序将信号发送给执行模块，其中a1和a2为权重因子；需要说明的是，a1的取值为0.156、a2的取值为0.126；

步骤四：所述靶船和预计路径的偏离值Pn通过以下步骤获取：

所述智能控制单元包括控制台，其用于海面坐标系，从定位单元和高度定位单元获得平面位置(xn，yn)和高度位置zn，从而获得靶船的坐标(xn，yn，zn)；

以控制台为原点，从海域信息采集单元获得靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)；

通过公式Pn＝sqrt[(xn-x1)^2+(yn-y1)^2+(zn-z1)^2]×sin(Ko)/V计算获得靶船和预计路径的偏离值Pn；

步骤五：所述靶船偏离角度Ko的计算方式如下：

首先计算靶船当前位置与预定路线的向量：

L1＝xn-x1、L2＝yn-y1、L3＝zn-z1；

然后计算预定路线下一个位置点和靶船当前位置的向量：

M1＝x2-x1、M2＝y2-y1、M3＝z2-z1；

最后计算两个向量的叉积：

N1＝L2×M3-L3×M2、N2＝L3×M1-L1×M3、N3＝L1×M2-L2×M1；

然后通过公式Ko＝[sqrt(N1^2+N2^2+N3^2)×180]/Pi计算获得靶船偏离角度Ko。

实施例2

在实施例1的基础上，所述执行模块还包括角速度调整单元；所述角速度调整单元用以对靶船的行驶角度进行调整，具体为：

步骤一：获得靶船的偏离角度Ko，根据公式Kc＝[Ko+F/V]/2计算获得靶船调整回预定角度所需的角度调整值Kc，角速度调整单元根据角度调整值Kc对应调整靶船的行进角度；

所述执行模块还包括加速度调整单元；所述加速度调整单元用以对靶船的行驶速度进行调整，具体为：

步骤一：根据速度检测单元获取到靶船的移动速度V，设定靶船的预定移动速度为U，计算获得速度的差值Ic，并判断速度的差值Ic是否等于零，如果否，则控制台发出调整信号；

步骤二：获得靶船的偏离距离By，根据公式Op＝By/Ic计算获得靶船重新回到预定位置所消耗的时间为Op，再根据公式Tx＝By/Op，获得靶船回到预定位置所需要改变的调整值Tx；

步骤三：在靶船的行进速度产生变化时，加速度调整单元根据速度的调整值Tx对应调整靶船的行进速度；

步骤四：所述靶船偏离距离By的获取方式如下：

首先根据靶船的预定移动速度U和靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)获得靶船在预定移动速度下的移动坐标(xJ，yJ，zJ)；

然后根据定位单元靶船的坐标(xn，yn，zn)，根据公式By＝[(xJ-xn)^2+(yJ-yn)^2+(zJ-zn)^2]^0.5，计算获得靶船偏离预定位置的距离差By；

在靶船因为海浪或者海风影响偏离预定航行位置后，可以快速调整回到预定航行位置，保持编队的协同性；

另一方面，本发明还提出了一种无人移动靶船协同编队控制方法，适用于上述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，包括以下步骤：

S1：获取速度检测单元感应的移动速度V；

S2：获取风力检测单元感应获得的风力F；

S3：获取高度检测单元感应的靶船的高度数据G；

S4：获取激光雷达感应获得的海浪高度H；

S5：计算靶船移动环境的影响值Eb，通过影响值Eb表征阻挡物影响程度；

S6：将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是则执行S7；

S7：发送报警信号。

工作原理：

通过数据采集模块和执行模块的设置，可以在靶船遇到海浪影响偏离航线后自动对速度和角度进行调整回到预定的航行位置，保持编队的协同性；还通过设置有数据分析模块，可以根据靶船受环境的影响值大小对靶船的调整优先级进行排序，优先对影响值大的靶船进行调整，使得靶船编队始终尽量处于协同状态，在远程观察时维持靶船编队和预期编队形状的一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本模板的保护范围。

Claims (8)

1.一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述无人移动靶船协同编队控制系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集靶船信息，且所述数据采集模块包括：

速度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动速度；

风力检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的移动时的环境风速；

高度检测单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的高度；

激光雷达，安装在每个靶船上，其用于水面下的障碍物和靶船前端的浪高；

定位单元，安装在每个靶船上，其用于检测靶船的位置信息；

还包括海域信息采集单元，其用于收集靶船行进海域的地图信息；

执行模块，安装在每个靶船上，其用于实现对无人靶船行进角度和行进速度的精准控制；

通信模块，所述通信模块用于靶船之间的信息传递和靶船和其他模块之间的信息传递；

智能控制模块，其用于将分析获得的信息决策传输给执行模块；

数据分析模块，其用于对靶船的航行是否受环境影响进行评估，具体为：

获取速度检测单元感应的移动速度，并标记为V；获取风力检测单元感应获得的风力，并标记为F；获取高度检测单元感应的靶船的高度数据，并标记为G，获取激光雷达感应获得的海浪高度，并标记为H；

根据公式Eb＝(V+F)×G+H计算获得靶船航行环境对靶船航行的影响值Eb；

将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是，则发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述数据分析模块还可以对靶船的调整优先级进行排序，具体为：

获取得到靶船受移动环境的影响值Eb；

获取得到靶船的行进路径和预计路径的偏离值，并标记为Pn；

利于公式Yz＝a1×Ep+a2×Pn计算获得靶船的调整优先值Yb，将靶船的调整优先值Yb由大至小进行排序，再根据靶船的调整优先值Yb的大小顺序将信号发送给执行模块，其中a1和a2为权重因子。

3.根据权利要求2所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述靶船和预计路径的偏离值Pn通过以下步骤获取：

智能控制单元包括控制台，其用于海面坐标系，从定位单元和高度定位单元获得平面位置(xn，yn)和高度位置zn，从而获得靶船的坐标(xn，yn，zn)；

以控制台为原点，从海域信息采集单元获得靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)；

通过公式Pn＝sqrt[(xn-x1)^2+(yn-y1)^2+(zn-z1)^2]×sin(Ko)/V计算获得靶船和预计路径的偏离值Pn。

4.根据权利要求3所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述靶船偏离角度Ko的计算方式如下：

首先计算靶船当前位置与预定路线的向量：

L1＝xn-x1、L2＝yn-y1、L3＝zn-z1；

然后计算预定路线下一个位置点和靶船当前位置的向量：

M1＝x2-x1、M2＝y2-y1、M3＝z2-z1；

最后计算两个向量的叉积：

N1＝L2×M3-L3×M2、N2＝L3×M1-L1×M3、N3＝L1×M2-L2×M1；

然后通过公式Ko＝[sqrt(N1^2+N2^2+N3^2)×180]|/Pi计算获得靶船偏离角度Ko。

5.根据权利要求4所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述执行模块包括：

角速度调整单元；所述角速度调整单元用以对靶船的行驶角度进行调整；

获得靶船的偏离角度Ko，根据公式Kc＝[Ko+F/V]|/2计算获得靶船调整回预定角度所需的角度调整值Kc，角速度调整单元根据角度调整值Kc对应调整靶船的行进角度。

6.根据权利要求5所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述执行模块还包括：

加速度调整单元；所述加速度调整单元用以对靶船的行驶速度进行调整，具体为：

根据速度检测单元获取到靶船的移动速度V，设定靶船的预定移动速度为U，计算获得速度的差值Ic，并判断速度的差值Ic是否等于零，如果否，则控制台发出调整信号；

获得靶船的偏离距离By，根据公式Op＝By/Ic计算获得靶船重新回到预定位置所消耗的时间为Op，再根据公式Tx＝By/Op，获得靶船回到预定位置所需要改变的调整值Tx；

在靶船的行进速度产生变化时，加速度调整单元根据速度的调整值Tx对应调整靶船的行进速度。

7.根据权利要求6所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述靶船偏离距离By的获取方式如下：

首先根据靶船的预定移动速度U和靶船行进路线的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)…(xc，yc，zc)获得靶船在预定移动速度下的移动坐标(xJ，yJ，zJ)；

然后根据定位单元靶船的坐标(xn，yn，zn)，根据公式By＝[(xJ-xn)^2+(yJ-yn)^2+(zJ-zn)^2]^0.5，计算获得靶船偏离预定位置的距离差By。

8.一种无人移动靶船协同编队控制方法，适用于权利要求1至7任意一项所述的一种无人移动靶船协同编队控制系统，其特征在于，所述的一种无人移动靶船协同编队控制方法包括以下步骤：

S1：获取速度检测单元感应的移动速度V；

S2：获取风力检测单元感应获得的风力F；

S3：获取高度检测单元感应的靶船的高度数据G；

S4：获取激光雷达感应获得的海浪高度H；

S5：计算靶船移动环境的影响值Eb，通过影响值Eb表征阻挡物影响程度；

S6：将影响值Eb与一个预先设置的阈值进行对比，并判断影响值Eb是否大于阈值，如果是则执行S7；

S7：发送报警信号。