[发明专利]基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法

权利要求书

1.一种基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)根据给定UUV集群中领航UUV的个数和跟随UUV的个数，按照空间域和时间域两种情况，确定给定UUV集群的类型；所述给定UUV集群的类型包括：空间域多领航单跟随UUV集群和时间域单领航单跟随UUV集群；

(2)用误差椭圆表示给定UUV集群的协同定位误差，结合给定UUV集群的类型，以误差椭圆面积最小为准则设计给定UUV集群的最优编队构型；

当给定UUV集群为空间域多领航单跟随UUV集群时，该给定UUV集群的最优编队构型为：每相邻两个领航UUV与跟随UUV之间构成的夹角为2π/n，n为给定UUV集群中领航UUV的总数，n≥3；

当给定UUV集群为时间域单领航单跟随UUV集群时，该给定UUV集群的最优编队构型通过以下步骤确定：当前时刻跟随UUV的位置由前一时刻跟随UUV的位置、前一时刻领航UUV的位置和当前时刻领航UUV的位置确定；首先由前一时刻领航UUV的位置和当前时刻领航UUV的位置确定前一时刻到当前时刻领航UUV的矢径，然后将前一时刻跟随UUV的位置加上所述前一时刻到当前时刻领航UUV的矢径，得到前一时刻跟随UUV的虚拟观测位置，接着由前一时刻跟随UUV的虚拟观测位置和当前时刻领航UUV的位置确定前一时刻跟随UUV的虚拟观测位置与当前时刻领航UUV的位置之间的夹角γ₁₂，将γ₁₂代入时间域单领航单跟随UUV集群的误差椭圆评判准则行列式|J|中，当误差椭圆评判准则行列式|J|取最大值时误差椭圆面积最小，通过求解使|J|取得最大值时的θ_1η得到当前时刻跟随UUV的位置，θ_1η表示当前时刻跟随UUV的位置与当前时刻领航UUV的位置之间的夹角，θ_1η取[-180°,180°]。

2.根据权利要求1所述的基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法，其特征在于，所述误差椭圆的面积公式为其中，误差椭圆的长半轴为短半轴为μ为单位权中误差，λ₁和λ₂为给定UUV集群的协同定位滤波模型输出的协方差矩阵的两个特征值。

3.根据权利要求2所述的基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法，其特征在于，当给定UUV集群为空间域多领航单跟随UUV集群时，该给定UUV集群的最优编队构型确定过程为：

根据误差椭圆的面积公式确定空间域多领航单跟随UUV集群的误差椭圆评判准则行列式|J|，式中，n表示领航UUV的总个数，领航UUV的编号从1到n，跟随UUV的编号为1，表示编号为η的领航UUV与跟随UUV之间的平面方位夹角，1≤η≤n；

当误差椭圆评判准则行列式|J|取最大值时误差椭圆面积最小，通过求解|J|的最大值得到空间域多领航单跟随UUV集群的最优编队构型。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法，其特征在于，该方法还基于误差椭圆以UUV自身推算出的点位坐标为中心构建置信椭圆，利用置信椭圆表征给定UUV集群协同定位结果的置信度；所述置信椭圆的方程为：k为常数，ξ轴表示误差椭圆最大值方向，η轴表示误差椭圆最小值方向，误差椭圆为k＝1条件下的置信椭圆，其他置信椭圆分别为误差椭圆长、短半轴放大或缩小k倍的椭圆。

5.根据权利要求4所述的基于误差椭圆的UUV集群编队构型设计方法，其特征在于，通过设置不同的k值可以计算出不同的置信椭圆包含真实点位的概率，其中，置信椭圆包含真实点位的概率计算公式为：