[发明专利]基于相对位置的分布式编队球形包围追踪未知目标的方法有效

专利信息
申请号: 201710303014.4 申请日: 2017-05-03
公开(公告)号: CN107065877B 公开(公告)日: 2019-11-12
发明(设计)人: 陈杨杨;卫平 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 李晓静
地址: 211189 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 经向 设计目标 设计运动 速度误差 未知目标 经度角 控制力 纬度角 运动体 法向 纬向 一阶 球面 追踪 包围 邻居 位置计算 期望 求解 导数 二阶 可用 星球 测量 协同 跟踪 海洋 探索
【说明书】:

本发明公开了基于相对位置的分布式编队球形包围追踪未知目标的方法,包括如下步骤:a)由运动体到目标和邻居的相对位置计算它到目标的距离,绕目标的纬度角和经度角以及与邻居间的相对纬度角和经度角;b)计算球面跟踪、纬向和经向编队误差,设计目标速率的一阶估计律;c)由目标速率的一阶估计,设计运动体法向、经向和纬向上的期望速度;d)由实际与期望速度间的速度误差及其导数,设计目标速率的二阶估计律;e)由目标速率的两次估计和速度误差,设计运动体法向、经向和纬向控制力;f)联列求解运动体的控制力输入。本发明对测量信息为相对位置且目标速率未知尤其适用,该方法简单可靠,可用于海洋、星球的协同探索等。

技术领域

本发明涉及基于相对位置的分布式编队球形包围追踪未知目标的方法,属于三维立 体编队包围追踪控制技术领域。

背景技术

多运动体分布式编队包围追踪控制技术因其速度快、覆盖范围广、鲁棒性好,一直以来都受到各方的关注。现今,该技术越来越多地服务于国家安全、自然灾害的搜救、 海洋监测以及星球探索。NASA早在1993年就宣布开展火星探索计划并且计划在未来 的十年内构建一套基于多卫星、多火星车空地一体的探测系统(NASA,“Robotic MarsExploration”,http://www.nasa.gov/mission_pages/mars-pathfinder/index.html)。为了争夺 更多海洋资源,美国海洋局联合多家科研机构先后开展了一系列的多水下机器人海洋探 索项目(NOAA,“Argo”,http://www.oco.noaa.gov/argoProfilingFloats.html.)。我国于 2004年正式开展月球探测工程(嫦娥工程),致力于实现“无人月球探测”、“载人登月” 和“建立月球基地”。分布式编队包围追踪控制技术的实质就是避免采用全局信息(如GPS),完全根据局部测量信息来设计控制器使得每个运动体与移动目标保持一定的距 离并且多运动体间形成期望的队形环绕目标运动。

当前,分布式编队包围追踪控制技术主要集中于二维空间中的圆包围(ZhengR.H., Liu Y.H.,Sun D.,Distributed control for uniform cirvumnavigation ofring-coupled unicycle, Automatica,2015,53:23-29.)。实际中无论是海洋信息监测还是球星探索,分布式编队包 围控制都需要在三维空间中实现。将二维编队包围追踪控制技术计扩展到三维空间显得 非常重要。美国普林斯顿大学的Leonard N.E.教授(IEEE终身院士)曾经着重指出编队 球形包围控制研究的重要性和迫切性。然而,当前对该领域的研究还停留在基于全局位 置信息(GPS)的编队包围固定目标的设计(陈杨杨,王凯旋,球面环绕编队控制的几 何设计方法,专利申请号:201510582120.1;陈杨杨,王凯旋,张亚,一种多层环绕编队 包围的几何设计方法,专利申请号:201610069641.1),显然不能满足分布式控制的设计 要求。虽然基于相对位置来研究单伴随星跟随已知主星早有研究(李化义,张迎春,强 文义,李葆华,相对位置和相对姿态耦合的编队控制,上海航天,第1期,页:11-20,2008), 由于缺少对多伴随星间立体编队的设计,上述方法显然也不能解决编队球形包围追踪未 知目标的情况显

发明内容

发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于相对位置的分布 式编队球形包围追踪未知目标的方法,编队包围控制能在三维空间中实现,该方法简单可靠,可用于海洋、星球的协同探索等领域。

技术方案:为实现上述目的,本发明的基于相对位置的分布式编队球形包围追踪未 知目标的方法,包括如下步骤:

a)由运动体到目标和邻居的相对位置计算它到目标的距离,绕目标的纬度角和经度 角以及与邻居间的相对纬度角和经度角;

b)在步骤a)的基础上进一步计算球面跟踪、纬向和经向编队误差,设计目标速率的一阶估计律;

c)由目标速率的一阶估计,设计运动体法向、经向和纬向上的期望速度;

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