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2022年国赛B题:无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位

2022年国赛B题:无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位研究只依靠部分成员发送的方向信息,确定编队中其他成员的位置,并调整队形。

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题目的定位信息

为尽量保持电磁静默,编队只让少数无人机发送信号,其余成员被动接收。每架无人机有固定编号,目标队形中各成员之间的相对位置关系固定。

题中方向信息有特定含义:以接收者为顶点,分别连接两架发射者,两条连线形成的夹角就是一项观测。若有三架发射者,可以取得它们两两对应的三个夹角。题面没有把无人机之间的距离列为接收者可直接测得的信息。

问题1:圆形编队

编队共有 10 架无人机,其中 FY00 位于圆心,FY01—FY09 均匀分布于圆周。各机利用自身感知的高度信息,保持在同一高度飞行。

第一项:发射者编号已知时定位

由 FY00 和圆周上的另外两架无人机发射信号,其余位置略有偏差的成员接收。当三架发射者的位置无偏差、编号也已知时,建立接收者的定位模型。

第二项:部分发射者编号未知

某接收者的位置略有偏差,已收到 FY00、FY01 的信号,另外还收到若干编号未知成员的信号。假定所有发射者的位置均无偏差,判断除 FY00、FY01 以外,至少还需要多少架发射信号,才能有效定位。

第三项:从给定初始位置调整队形

目标安排为圆心一架、半径 100 米的圆周上均匀分布九架。每次调整时,选择 FY00 和圆周上最多三架无人机发射信号,其余成员仅根据接收方向调整位置;每次调整所用时间忽略不计。通过多次调整,使圆周成员最终均匀分布在某一圆周上。

针对下面的初始极坐标,给出具体调整方案。距离单位为米,角度单位为度;表中 0—9 对应 FY00—FY09。

编号 半径/m 极角/°
0 0 0
1 100 0
2 98 40.10
3 112 80.21
4 105 119.75
5 98 159.86
6 112 199.96
7 105 240.07
8 98 280.17
9 112 320.28

问题2:其他队形的位置调整

将纯方位无源定位用于其他队形,并设计位置调整方案。原题给出的例子是锥形编队:15 架无人机在平面内排列成三角形队形,从尖端向后依次为 FY01;FY02—FY03;FY04—FY06;FY07—FY10;FY11—FY15 共五列。直线上相邻两架的间距相等,题面以 50 米为例。

原题与来源