一种用于无人蜂群协同导航的构型优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112146650A(43)申请公布日2020.12.29(21)申请号202010984125.8G01S19/51(2010.01)(22)申请日2020.09.18(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人陈欣王融熊智刘建业钱伟行陈明星杜君南聂庭宇张慧媛(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人曹芸(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)G01S19/47(2010.01)权利要求书4页说明书10页附图4页(54)发明名称一种用于无人蜂群协同导航的构型优化方法(57)摘要本发明公开了一种用于无人蜂群协同导航的构型优化方法，属于导航技术领域。该方法利用无人蜂群协同信息进行无人飞行器所用卫星导航系统的卫星几何构型优化；结合各蜂群无人飞行器所用卫星导航系统可用导航卫星几何构型特点，以及蜂群无人飞行器间相对位置关系，建立了协同辅助信息多重筛选机制，有效利用几何位置较佳的飞行器协同辅助信息建立组合定位模型，降低系统几何精度因子，优化系统几何构型。该方法能够有效提高无人蜂群协同导航的精度和可靠性。CN112146650ACN112146650A权利要求书1/4页1.一种用于无人蜂群协同导航的构型优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：令当前时刻为t，无人蜂群各成员根据自身的机载惯导系统，获取自身在地理坐标系下的位置矢量，并将其转换至地球固联直角坐标系中；步骤2：无人蜂群的n个成员分别通过自身的机载卫星导航接收机接收导航卫星信号，从而确定当前各自能用导航卫星的个数，并通过导航卫星星历获取当前时刻每个成员的所有能用导航卫星在地球固联直角坐标系的位置矢量，以及所有能用导航卫星的高度角和方位角；步骤3：无人蜂群的n个成员根据自身的机载无线电协同通信范围，确定各成员的能用协同成员，得到各成员的能用协同成员集合；步骤4：针对无人蜂群任意一个成员k，k＝1,2,…,n，计算成员k的能用导航卫星数和能用协同成员数之和为wk＝mk+nk，其中mk为成员k的能用导航卫星数，nk为成员k的能用协同成员数，并判断成员k的能用导航卫星数和能用协同成员数之和是否大于预设的阈值，若wk＞qn，则成员k的机载导航系统的导航观测信息足够，成员k的导航系统转入较佳协同区域划分模式，执行步骤5；否则成员k的导航系统进入观测信息不足告警模式，将该成员观测信息不足的信息输出至飞行管理系统，并将该成员从其它成员的能用协同成员集合中去除，同时该成员的导航系统转步骤24；所述qn为预设好的阈值；步骤5：成员k以自身为中心，单位1为半径，建立一个标准球体及标准球体坐标系；所有导航卫星不管其距离成员k的远近，一律投影到标准球体的球面；所述标准球体坐标系的基本大圆为当前时刻地平圈，原点为正北点，坐标为卫星方位角α和卫星高度角β，表示为(α,β)；在标准球体上表示卫星位置的α和β，与该卫星相对成员k的方位角和高度角相对应；卫星的α即为卫星投影点的方位角，卫星的β即为卫星投影点的高度角；步骤6：判断成员k的能用协同成员集合Ok是否为空集，若是，则进入无协同信息告警模式，并转至步骤24；否则，令集合Ok中各协同成员编号为i,i＝1,2,…,nk，nk为成员k的能用协同成员个数，执行步骤7；所述无协同信息告警模式为：将成员k无能用协同信息的告警信息输出至飞行管理系统；步骤7：根据步骤1获得的各能用协同成员位置计算成员k的能用协同成员i,i＝1,2,…,nk相对成员k的方位角和高度角θi；步骤8：成员k以自身为中心，建立标准球体投影面平面直角坐标系，该坐标系X轴指向东向，Y轴指向北向，取值范围为x2+y2≤1；所述标准球体投影面平面直角坐标系上某一点坐标(x,y)与步骤5所述标准球体坐标系上点的坐标(α,β)的转换关系为将标准球体坐标系上的点投影至成员k的当前水平面上，某点在两种坐标系下的位置转换式为步骤9：根据步骤2获得的各卫星高度角，成员k从其所有能用导航卫星中选择4颗高度角最低的卫星，并根据步骤8获得的两种坐标系的转换公式，得到该4颗导航卫星在标准球体投影面平面直角坐标系上的位置，令其位置为点a(xa,ya)、点b(xb,yb)、点c(xc,yc)和点d(xd,yd)，根据点a,b,c,d的坐标利用最小二乘法拟合得到一个圆，令其为拟合圆e，圆心e坐222标为(xe,ye)，圆半径为re，表达式为(x-xe)+(y-ye)＝re；2CN112146650A权利要求书2/4页步骤10：根据步骤9所得拟合圆e的圆心坐标(xe,ye)，以点e为圆心，构造两个同心圆，外22圆半径为rex，内圆半径