一种用于无人机蜂群协同导航的完好性保护水平优化方法.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CN111208544A(43)申请公布日2020.05.29(21)申请号202010142862.3(22)申请日2020.03.04(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)发明人王融陈欣熊智刘建业赵伟陈明星杜君南赵耀康骏安竞轲聂庭宇(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人葛潇敏(51)Int.Cl.G01S19/46(2010.01)G01S19/47(2010.01)权利要求书4页说明书8页附图3页(54)发明名称一种用于无人机蜂群协同导航的完好性保护水平优化方法(57)摘要本发明公开了一种用于无人机蜂群协同导航的完好性保护水平优化方法，利用无人机蜂群协同信息辅助进行完好性保护水平优化；结合各卫星导航系统与协同辅助信息测量特性的差异，建立协同辅助信息的观测模型导航完好性保护水平计算方法，并通过多种导航模式之间的自动切换，有效利用协同辅助信息实现完好性保护水平的优化。该方法能够有效提高无人机蜂群协同导航的可靠性。CN111208544ACN111208544A权利要求书1/4页1.一种用于无人机蜂群协同导航的完好性保护水平优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：令当前时刻为t，以当前时刻无人机蜂群几何中心为原点，建立无人机蜂群中心坐标系；步骤2：无人机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，并将其转换至无人机蜂群中心坐标系中；步骤3：无人机蜂群的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，从而确定当前各自可用导航卫星的个数，并通过导航卫星星历获取当前时刻每个成员的所有可用导航卫星在地球固联直角坐标系的位置矢量，并将其转换至无人机蜂群中心坐标系中；步骤4：无人机蜂群的n个成员根据自身的自机载无线电协同通信范围，确定各成员的可用协同成员，得到各成员的可用协同成员集合；步骤5：计算每个成员的可用导航卫星数和可用协同成员数之和，根据每个成员的可用导航卫星数和可用协同成员数之和，判断每个成员机载导航系统的完好性保护是否可用；针对任意一个成员k，k＝1，2，3，…，n；若该成员的机载导航系统的完好性保护可用，则该成员的导航系统执行步骤6；若该成员的机载导航系统的完好性保护不可用，则将该成员完好性保护功能失效的信息输出至飞行管理系统，并将该成员从其它成员的可用协同成员集合中去除，同时该成员的导航系统执行步骤22；步骤6：对成员k进行辅助记录信息初始化，成员k当前辅助成员数量为ck，初始的ck＝0，成员k当前辅助成员集合为Uk，Uk初始为空集；步骤7：对成员k进行观测模型初始化，成员k初始的观测模型表达式为：其中为成员k到其可用导航卫星中的第i个导航卫星的方向余弦，i＝1，2，…，mk；其中mk为成员k的可用导航卫星的数量；初始的观测模型中ck＝0；步骤8：对成员k进行权值变换矩阵初始化，则成员k初始的权值变换矩阵表达式为：其中，σs为导航卫星的伪距标准差，为mk维单位矩阵；初始的权值变换矩阵中ck＝0；步骤9：计算成员k在当前辅助条件下导航故障检测门限TF，所述辅助条件包括：辅助成员的个数；步骤10：基于步骤9中的导航故障检测门限TF，计算当前辅助条件下成员k的非中心化参数λ；步骤11：计算成员k在当前辅助条件下的权重矩阵W，其表达式为：2CN111208544A权利要求书2/4页其中T为空间转置；步骤12：根据步骤11得到的权重矩阵W，计算得到矩阵参量A和C；步骤13：根据步骤10获得的非中心化参数λ和步骤12获得的矩阵参量A和C计算水平方向完好性保护水平lhor；步骤14：将lhor与预设好的水平定位告警限值ahor比较；若lhor≤ahor，则转步骤15，否则，转步骤17；步骤15：根据λ、矩阵A和矩阵C计算垂直方向完好性保护水平lver；步骤16：将lver与预设好的垂直定位告警限值aver比较；若lver≤aver，转步骤21；否则，转步骤17；步骤17：判断成员k的可用协同成员集合Ok是否为空集，若是，则进入协同完好性告警模式，同时将成员k从其它成员的可用协同成员集合中去除，并转至步骤22；否则执行步骤18；所述协同完好性告警模式为：将成员k协同完好性超限的告警信息输出至飞行管理系统；步骤18：对成员k进行辅助成员增选，成员k从其可用协同成员集合Ok中随机选择一个协同成员作为辅助成员，将其加入辅助成员集合Uk中，并在集合Ok中删除该成员；同时ck＝ck+1；令选择的辅助成员编号为j，计算成员k的协同辅助观测矩阵gj；步骤19：成员k根据步骤18获得的协同辅助观测矩阵gj更新观测模型步骤20：成员k根据gj更新权值变换矩阵并转步骤11；步骤