[发明专利]基于感知信息的水面/水下无人航行器目标环绕跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于感知信息的水面/水下无人航行器目标环绕跟踪方法，包括在航行器运动过程中，由量测设备提供感知信息,对感知信息进行数据处理，并根据数据处理结果设定航行器速度和环绕半径,进行虚拟目标点划分，得到虚拟目标点序列；根据航行器当前位置和姿态信息确定首虚拟目标点和环绕方向；通过坐标变换，使航行器沿虚拟目标点序列进行运动，并通过切换判据，依次跟踪每个虚拟目标点，实现目标环绕跟踪。本发明操作简单，实用性强，具有较强的抗干扰能力，其必要参数设置规则简单且有规律，可较大程度提高工作效率，节约时间和人工成本。

技术领域

本发明涉及目标跟踪技术领域，具体地说是一种基于感知信息的水面/水下无人航行器目标环绕跟踪方法。

背景技术

水面/水下无人航行器作为探知海洋丰富资源的一种智能多功能探测载体，需要在无人状态下能够自主完成规划任务。目前，在水面/水下无人航行器和目标跟踪技术领域，可实现对锁定目标进行基于感知信息下的目标跟踪任务，但在针对一些对目标信息要求更加具体的实际工程中，如对于突发事故的船只，人工无法靠近或抵达，不能获得其最新发展动态和及时处理，因此，需要设计出一种能够基于实时感知信息的对静态、动态目标进行360°环绕跟踪方法应用到水面/水下无人航行器上，以无人航行器为平台快速、高效、安全的完成任务，来提高相关工作的效率、安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于感知信息的水面/水下无人航行器目标环绕跟踪方法，解决对于突发事故的船只，人工无法靠近或抵达，不能获得其最新发展动态和及时处理的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于感知信息的水面/水下无人航行器目标环绕跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1：在航行器运动过程中，由量测设备提供感知信息，所述感知信息包括目标位置、航向及航速；

步骤2：对感知信息进行数据处理，并根据数据处理结果设定航行器速度和环绕半径；

步骤3：根据目标位置、航向、航速、航行器的位置和姿态信息、航行器速度和环绕半径进行虚拟目标点划分，得到虚拟目标点序列；

步骤4：根据航行器当前位置和姿态信息确定首虚拟目标点和环绕方向；

步骤5：通过坐标变换，使航行器沿虚拟目标点序列进行运动，并通过切换判据，依次跟踪每个虚拟目标点，实现目标环绕跟踪。

所述数据处理包括：

对目标的航向和航速通过卡尔曼滤波算法进行滤波平滑处理，得到滤波后的目标航向和航速，并限制其单位时间内变化距离不大于L，L为距离参数。

所述航行器速度的设定包括：

输入量测目标速度，通过以下公式计算出航行器速度值，即：

其中，v_a为量测目标速度，v为航行器速度值，e是自然对数的底数。

所述环绕半径为：

R＝floor(η₁·v³+η₂·v²+η₃·v+η₄)

floor()为取数字整数函数，η₁是三阶速度参数，η₂是二阶速度参数，η₃是速度变化率参数，η₄是偏移参数，v为航行器速度值，R是环绕半径。

还包括在航行过程中，当轨迹偏离预计航线时，对轨迹进行重规划，具体为：在已经切换过虚拟目标点条件下，进行虚拟目标点划分以及首虚拟目标点和环绕方向的重新确定。