一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法与流程
本发明属于水雷探测，具体涉及一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法。
背景技术：
1、传统的反水雷作战基本上还是由人工操纵驾驶平台进入雷区使用反水雷装备的模式。这种模式主要存在两个问题：一是水雷爆炸很可能对作战人员造成严重伤害，这显然与当前越来越重视人员生命的价值观相背离；二是未爆水雷产生的巨大心理威慑，会使作战人员一直处在极端紧张的情况下，极易产生误判、误操作，从而增大被炸、被打击的可能性。总之，使用传统装备进行反水雷作战是一项极其危险的任务。因此，反水雷作战及装备研发人员一直致力于提高反水雷作战的安全性。
2、无人艇由于综合性能优良，已成为最适合反水雷作业的无人平台，因此，无人艇在反水雷作战中的应用越来越得到重视。由于单个反水雷无人艇的能力相对较弱，随着使命需求的不断复杂化和多样化，仅通过追求单个性能最优已远远不能满足要求。多无人艇协同具有空间分布、功能分布、时间分布的特点，能够扩展单艇反水雷的感知范围，提高工作效率，实现单艇反水雷系统无法或难以完成的复杂任务。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
3、一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，包括以下步骤：
4、第一无人艇和第二无人艇对指控中心下发的协同探雷指令进行接收解析，获得任务区域的位置参数，并分别生成第一路径和第二路径；
5、第一无人艇和第二无人艇到达任务区域后，分别沿着第一路径和第二路径航行，利用前视声纳进行水雷探测，并将水雷探测数据上传至指控中心；
6、指控中心对接收到的水雷探测数据进行匹配融合，在电子海图上对任务区域内的水雷进行实时显示。
7、进一步地，所述前视声纳的中心频率不低于400khz，带宽不低于40khz，波束不少于256束，水平开角不低于150°，竖直开角不低于25°，水雷探测距离不低于100m。
8、进一步地，所述前视声纳安装在艇艏或艇艏侧；在静态安装时，前视声纳入水深度不低于0.8m。
9、进一步地，根据任务区域的水深信息对前视声纳的俯仰角进行调整：水深为3～15m时，俯仰角调整为-10°；水深为15～50m时，俯仰角调整为-20°；水深为50～100m时，俯仰角调整为-30°；前视声纳的俯仰角是其视场中心线与水平面的夹角，俯仰角为-表示向水平面下方探测。
10、进一步地，前视声纳实时检测由艇上导航设备输入的同步信号脉冲，每检测到同步信号脉冲的一个有效上升沿，则立即发射一次声波；同步信号脉冲宽度为5ms～10ms。
11、进一步地，第一无人艇和第二无人艇在待命状态时，自主悬停在待命区域，所述待命区域为半径r不低于50m的圆形区域。
12、更进一步地，所述任务区域为矩形区域abcd，a为与待命区域距离最近的点，ab、cd的长度为l，bc、da的长度为w，l>w，l≥1000m，w≥500m。
13、更进一步地，第一路径和第二路径的生成方法包括：
14、建立以a为原点，以从a到d方向为x轴正向、从a到b方向为y轴正向的直角坐标系；
15、确定第一路径和第二路径的起点o(a,a)，a小于或等于前视声纳的水雷探测距离；
16、生成第一路径：从起点o(a,a)开始沿直线x＝a航行至点e1(a,l-a)，再依次沿直线y＝l-a航行至点e2(2a,l-a)，沿直线x＝2a航行至点e3(2a,a)，沿直线y＝a航行至点e4(3a,a)，沿直线x＝3a航行至点e5(3a,l-a)，以此类推，最后沿直线x＝w-b从点en-1(w-b,l-a)航行至终点en(w-b,a)；其中，若mod(w,a)>0，b＝mod(w,a)；若mod(w,a)＝0，b＝a；n为组成第一路径的直线段的数量，n＝2(w-b)/a+1。
17、生成第二路径：从起点o(a,a)开始沿直线y＝a航行至点f1(w-a,a)，再依次沿直线x＝w-a航行至点f2(w-a,2a)，沿直线y＝2a航行至点f3(a,2a)，沿直线x＝a航行至点f4(a,3a)，沿直线y＝3a航行至点f5(w-a,3a)，以此类推，最后沿直线y＝l-c从点fm-1(w-a,l-c)航行至终点fm(a,l-c)；其中，若mod(l,a)>0，c＝mod(l,a)；若mod(l,a)＝0，c＝a；m为组成第二路径的直线段的数量，m＝2(l-c)/a+1。
18、进一步地，第一无人艇和第二无人艇在任务区域航行时，实时计算与障碍物的距离，当所述距离小于设定的阈值时，进行自主避障航行；自主避障完成后，回到原路径继续航行；所述障碍物包括探测到的水雷和其它物体。
19、更进一步地，第一无人艇和第二无人艇采用人工势场法进行障碍物规避，引力函数和斥力函数分别为：
20、fatt(x)＝katt(xgoal-x) (1)
21、
22、式中，katt为引力增益因子，x为无人艇的位置坐标，xgoal、xobs分别为目标点和障碍物的位置坐标，(xgoal-x)为从无人艇到目标点的位移向量，(x-xobs)为从障碍物到无人艇的位移向量，fatt(x)为引力函数，|fatt(x)|表示引力大小，frep(x)为斥力函数，ρ为无人艇与障碍物的距离，ρmax为斥力作用距离，k为大于0、小于1的常数。
23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
24、本发明通过第一无人艇和第二无人艇对指控中心下发的协同探雷指令进行接收解析，获得任务区域的位置参数，并分别自动规划生成第一路径和第二路径，第一无人艇和第二无人艇到达任务区域后，分别沿着第一路径和第二路径航行，利用前视声纳进行水雷探测，并将水雷探测数据上传至指控中心，指控中心对接收到的水雷探测数据进行匹配融合，在电子海图上对任务区域内的水雷进行实时显示，实现了基于前视声纳的双无人艇协同探雷。本发明通过采用双无人艇编组协同探雷，扩展了单艇探雷的感知范围，提升了反水雷的工作效率。
技术特征：
1.一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，所述前视声纳的中心频率不低于400khz，带宽不低于40khz，波束不少于256束，水平开角不低于150°，竖直开角不低于25°，水雷探测距离不低于100m。
3.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，所述前视声纳安装在艇艏或艇艏侧；在静态安装时，前视声纳入水深度不低于0.8m。
4.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，根据任务区域的水深信息对前视声纳的俯仰角进行调整：水深为3～15m时，俯仰角调整为-10°；水深为15～50m时，俯仰角调整为-200；水深为50～100m时，俯仰角调整为-30°；前视声纳的俯仰角是其视场中心线与水平面的夹角，俯仰角为-表示向水平面下方探测。
5.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，前视声纳实时检测由艇上导航设备输入的同步信号脉冲，每检测到同步信号脉冲的一个有效上升沿，则立即发射一次声波；同步信号脉冲宽度为5ms～10ms。
6.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，第一无人艇和第二无人艇在待命状态时，自主悬停在待命区域，所述待命区域为半径r不低于50m的圆形区域。
7.根据权利要求6所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，所述任务区域为矩形区域abcd，a为与待命区域距离最近的点，ab、cd的长度为l，bc、da的长度为w，l>w，l≥1000m，w≥500m。
8.根据权利要求7所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，第一路径和第二路径的生成方法包括：
9.根据权利要求1所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，第一无人艇和第二无人艇在任务区域航行时，实时计算与障碍物的距离，当所述距离小于设定的阈值时，进行自主避障航行；自主避障完成后，回到原路径继续航行；所述障碍物包括探测到的水雷和其它物体。
10.根据权利要求9所述的基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法，其特征在于，第一无人艇和第二无人艇采用人工势场法进行障碍物规避，引力函数和斥力函数分别为：
技术总结
本发明提供一种基于前视声纳的双无人艇协同探雷方法。所述方法包括以下步骤：第一无人艇和第二无人艇对指控中心下发的协同探雷指令进行接收解析，获得任务区域的位置参数，并分别生成第一路径和第二路径；第一无人艇和第二无人艇到达任务区域后，分别沿着第一路径和第二路径航行，利用前视声纳进行水雷探测，并将水雷探测数据上传至指控中心；指控中心对接收到的水雷探测数据进行匹配融合，在电子海图上对任务区域内的水雷进行实时显示。本发明通过采用双无人艇编组协同探雷，扩展了单艇探雷的感知范围，提升了反水雷的工作效率。
技术研发人员：肖强,张亚博,卫瑞,邓志宝,魏东梁,张新宇,王军,王振兴,王宏瑞,郑建新,孙谦,李海洲,李庚,秦温温
受保护的技术使用者：北京航天发射技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23