[发明专利]一种集群UUV系统及其水下双重冗余通信信息传输方法

说明书

本发明涉及一种集群UUV系统及其水下双重冗余通信信息传输方法，属于水下UUV集群技术领域。包括利用反馈线性化方法建立UUV运动学和动力学方程；通过测速仪和陀螺仪获得每个UUV的位置姿态信息和速度信息；分别建立第i个UUV在t时刻的位置和速度误差状态向量；分别建立传输位置信息的位置通信矩阵和传输速度信息的速度通信矩阵，两者独立传输，互不影响；根据李雅普诺夫矩阵稳定性判别条件判别通信矩阵的稳定性；同时本发明还考虑了时延，状态缺失和海流扰动情况下，位置和速度的双重冗余通信信息传输方式。本发明不仅能够使通信延时系统稳定收敛而且增加了信息传输的有效性，确保了集群UUV系统的稳定性和自主性，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种集群UUV系统水下双重冗余通信信息传输方法，属于水下UUV集群技术领域。

背景技术

随着UUV(Underwater Unmanned Vehicle水下无人航行器)的发展，单体UUV已不能满足任务需求。因此，多个UUV以集群的形式协同工作执行任务成为UUV发展的必然方向，同时也对UUV任务规划、路径规划、布放回收等关键技术提出了新的要求，并促进了集群智能、编队控制等适应集群发展方向的技术的应用。多个UUV具有分布性、动态性、适应性、智能化、协同化、通用化和层次化等特点，可有效降低成本、扩大能力、提高效率和探测概率。

由于水下环境复杂多变以及UUV通讯距离较远等因素，受海流扰动的影响，UUV集群通信系统可能会延迟或中断，导致其无法及时接收其他UUV当前时刻的空间位置及运动状态，在实际执行任务中，UUV集群各成员的布放点是随机且不规则的，集群UUV系统需要在网络通信下相互协商，各UUV之间通过通信确定各UUV位置和运动方向，利用UUV的自主性，对信息状态取值达成共识，但由于通信带宽受约束，通信环境不稳定，数据容易出现丢包现象，同时，还要对通信设备要求较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决下通信时延引起的系统不稳定问题而提供一种集群UUV系统水下双重冗余通信信息传输方法。

本发明的目的是这样实现的，一种集群UUV系统，包括水下通信声呐组合单元、信号处理单元、数据处理单元、任务分配单元和任务执行单元，集群UUV中每个UUV都配备用作水下通信信号传输水下通信声呐，UUV通过通信声呐进行数据交互，UUV接收到其他UUV经通信声呐传输来的信息在数据处理单元进行数据处理，UUV处理完数据，通过任务分配单元进行任务分配；任务分配完成后，UUV通过任务执行单元执行分配的任务；通过采用位置与速度双重冗余通信信息传输方式解决水下通信带宽受限所带来的通信问题，集群UUV各成员之间传递位姿状态信息与速度状态信息，信息传递通道之间互不相干，独立传输。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、每台UUV都有通信声呐传感器，UUV之间可相互传递信息；信号处理单元是把声学信号转化为电信号的处理系统；数据处理单元为声学信号转化为电信号后进行滤波处理系统；任务分配单元是一台计算机；任务执行单元是UUV所带的各种执行机构，包括舵机、主推、辅推。

本发明的目的是这样实现的，一种集群UUV系统水下双重冗余通信信息传输方法，具体包括以下步骤：

步骤1、利用反馈线性化方法建立UUV运动学和动力学方程；

步骤2、通过测速仪和陀螺仪获得每个UUV的位置姿态信息和速度信息；

步骤3、分别建立第i个UUV在t时刻的位置和速度误差状态向量；

步骤4、分别建立传输位置信息的位置通信矩阵和传输速度信息的速度通信矩阵，两者独立传输，互不影响；

步骤5、根据李雅普诺夫矩阵稳定性判别条件判别通信矩阵的稳定性；

步骤6、UUV在运动过程中判断是否存在时延，若出现时延，进行舰位推算判别UUV状态；