[发明专利]一种舰船航行态势快速控制方法

说明书

本发明公开了一种舰船航行态势快速控制方法，包括以下几个步骤：建立区域内航行态势模型；确定相同协同方船舶航行目标和实际舰船存在的排列；确定最优的各舰船对应最优航行目标；设定各协同方船舶航行方向；达成任务完成时双方舰船所形成的总航行态势T_f。本发明在船舶形成期望态势过程中，完成任务时协同方船舶队形在空间中非静态不变，而是通过计算出每个时刻形成的完成任务时编队队形中各目标位置的相对点，之后求出其中对应的最优航行目标点，使各协同方船舶航行目标一直动态变化，船舶控制更加具有自主性。本发明通过目标态势形成所需总时间最短和在总时间最短下总位移最短原则，使船舶完成任务所需时间更短，能耗更少。

技术领域

本发明属于水面舰船自主控制领域，尤其涉及一种舰船航行态势快速控制方法。

背景技术

为完成复杂工作任务，提高完成工作的效率，舰船通常以编队形式形成集群，协同完成该项复杂工作。要形成能够完成任务的集群编队队形，往往事先给定集群内各舰船的航行轨迹或航行目标位置，航行目标位置的选取和分配一直是影响舰船集群编队和工作任务完成的关键因素。因此，优化舰船集群各船航行目标分配，特别是动态分配航行目标位置对舰船集群协同工作具有十分重要的意义。

现有舰船集群目标点分配还是基于静态分配模式，即事先分配好集群内各舰船航行的目标轨迹，再形成编队。这使得集群内舰船的跟踪的目标是固定的，而当任务是动态时，将会造成目标轨迹非最优问题，也意味着在集群效能方面还存在提升空间。

发明内容

为解决现有技术在舰船集群目标点分配方面存在的问题，本发明的目的是给出一种基于舰船航行态势的舰船集群目标点规划方法。该方法不在预先确定舰船集群内各舰船的航行目标，而是在运动过程中根据航行态势的要求动态分配集群内各舰船的航行目标。从而将将舰船集群协同工作时的航行目标分配问题转化为舰船集群的态势控制问题，通过在一个控制周期内更新和优化各舰船航行目标实现舰船集群的目标态势。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种舰船航行态势快速控制方法，包括以下几个步骤，

步骤A：将执行同一任务的所有舰船称为协同方船舶，作为协同方船舶任务对象的舰船称为目标船舶，它们的数量分别为n和m，协同方船舶若由r种不同的舰船组成，则对其中相同舰船进行编组，即其中n_l为每种相同舰船的数量；已知在大地坐标系中当前时刻协同方船舶P_i的位置信息p_i＝[x_i,y_i]和航行速度v_i、目标船舶P_j的位置信息p_j＝[x_j,y_j]和航行速度v_j，0＜i≤n,i∈N₊，0＜j≤m,j∈N₊，N₊表示正整数；用采集到的其所能感知范围内所有的舰船位姿信息，建立该区域内航行态势模型，步骤如下：

步骤A1：计算第i条协同方船舶产生的单一航行态势，即：

T_i^c(p)＝F_i^c(p,p_i,v_i) (1)

式中，F_i^c(p,p_i,v_i)为第i条协同方船舶的航行态势函数，p为在大地坐标系中任意一点的位置；

步骤A2：计算第j条目标船舶产生的单一航行态势，即：

式中，为第j条目标船舶的航行态势函数；

步骤A3：将区域内双方舰船产生的单一航行态势相加得该区域的总航行态势，即：