[發(fā)明專利]一種無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811522846.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN109541657A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周海峰;張桂玲;王榮杰;張興杰;陳景鋒;王佳;宋佳聲;林忠華;林安輝;林昌;熊超;許大光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/42
• 分類號(hào): G01S19/42
• 代理公司: 廈門市精誠(chéng)新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 張偉星

本發(fā)明涉及一種無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際距離計(jì)算單元實(shí)時(shí)地計(jì)算無(wú)人船艇與目標(biāo)船之間的實(shí)際距離，并通過(guò)距離比較單元對(duì)實(shí)際距離和預(yù)設(shè)距離閾值進(jìn)行比較，一旦該實(shí)際距離小于預(yù)設(shè)距離閾值，對(duì)無(wú)人船艇進(jìn)行航向的調(diào)整，以避開目標(biāo)船，實(shí)現(xiàn)安全跟蹤；在小于距離閾值的情況下，進(jìn)一步考慮周圍環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向?qū)o(wú)人船艇速船向的影響，從而避免在風(fēng)速過(guò)大情況下，無(wú)人船艇快速接近目標(biāo)船，導(dǎo)致兩船碰撞的情況，或是在風(fēng)速過(guò)大且風(fēng)向偏離無(wú)人船艇航向過(guò)大，從而影響無(wú)人船艇偏離目標(biāo)船的情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航行器自動(dòng)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無(wú)人船艇是一種無(wú)人操作的水面艦艇，由于其具有體積小、成本低、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為無(wú)人運(yùn)載器領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)，受到各國(guó)海洋研究方面的重視。而協(xié)同自主航行控制是無(wú)人船艇區(qū)別于有人操縱船舶的核心技術(shù)之一。無(wú)人船艇協(xié)同控制方法的關(guān)鍵技術(shù)有兩點(diǎn)：

協(xié)同航行中，當(dāng)無(wú)人船艇距離目標(biāo)船較近時(shí)，需要做避障處理；無(wú)人船艇與目標(biāo)船的距離大于避障距離時(shí)，按照協(xié)同算法進(jìn)行常規(guī)導(dǎo)航跟蹤目標(biāo)船。

目前，航向控制方法是利用傳統(tǒng)的PID協(xié)同控制算法，將航向保持作為自動(dòng)控制目標(biāo)，使船舶能夠自動(dòng)跟隨給定的航向，或?qū)⒑较蚣{入自主控制的范圍，進(jìn)行閉環(huán)控制，但對(duì)航速控制不及時(shí)不自主，不能對(duì)航速進(jìn)行及時(shí)自主的調(diào)節(jié)，且對(duì)避障情況單獨(dú)分析較少，易造成控制不及時(shí)不精準(zhǔn)。

發(fā)明專利CN 108646766 A公開了一種基于協(xié)同控制的無(wú)人船安全跟蹤方法及跟蹤系統(tǒng)，能夠解決對(duì)航速控制不及時(shí)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，但其未將無(wú)人船艇所處環(huán)境的風(fēng)速因素考慮其中。當(dāng)遇到環(huán)境突發(fā)的風(fēng)速過(guò)大情況下，可能發(fā)生無(wú)人船艇受風(fēng)速風(fēng)向的影響快速接近目標(biāo)船，導(dǎo)致兩船相撞的情況，或是無(wú)人船艇快速偏離目標(biāo)船情況。

因此，急需提供一種無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崟r(shí)地計(jì)算無(wú)人船艇與目標(biāo)船之間的實(shí)際距離，一旦該實(shí)際距離小于預(yù)設(shè)距離閾值，使無(wú)人船艇及時(shí)避開目標(biāo)船。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的無(wú)人船艇的智能通信導(dǎo)航方法，包括以下步驟：無(wú)人船艇通信模塊將控制中心發(fā)送的跟蹤啟動(dòng)信號(hào)發(fā)給無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊；無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊控制無(wú)人船艇通信模塊建立與目標(biāo)船通信模塊之間的跟蹤通信信道；目標(biāo)船定位模塊通過(guò)跟蹤通信信道將實(shí)時(shí)的目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)送給無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊；風(fēng)速風(fēng)向儀將事實(shí)檢測(cè)到的無(wú)人船艇所處環(huán)境下的風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)發(fā)送給無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊；無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)參數(shù)、無(wú)人船艇定位模塊發(fā)回的無(wú)人船艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及風(fēng)速風(fēng)向儀發(fā)回的風(fēng)速、風(fēng)向參數(shù)，計(jì)算得到無(wú)人船艇控制信號(hào)，并發(fā)送至無(wú)人船艇遙測(cè)控模塊；無(wú)人船艇遙測(cè)控模塊根據(jù)無(wú)人船艇控制信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整無(wú)人船艇的跟蹤軌跡。

進(jìn)一步地，無(wú)人船艇數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)參數(shù)和無(wú)人船艇定位模塊發(fā)回的無(wú)人船艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到無(wú)人船艇控制信號(hào)，包括以下步驟：

實(shí)時(shí)接收無(wú)人船艇和目標(biāo)船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)并解析出無(wú)人船艇和目標(biāo)船的位置數(shù)據(jù)；根據(jù)無(wú)人船艇和目標(biāo)船的位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算無(wú)人船艇與目標(biāo)船之間的實(shí)際距離；接收該實(shí)際距離并與預(yù)設(shè)距離閾值進(jìn)行比較：

1.當(dāng)該實(shí)際距離小于預(yù)設(shè)距離閾值時(shí)：

計(jì)算無(wú)人船艇與風(fēng)向之間的角度△θ₀，以及風(fēng)速與無(wú)人船艇的相對(duì)速度V(V＝V_風(fēng)/V_船)，當(dāng)相對(duì)速度小于或等于第一預(yù)設(shè)值V1時(shí)，計(jì)算無(wú)人船艇與目標(biāo)船之間的實(shí)際角度；根據(jù)該實(shí)際角度計(jì)算無(wú)人船艇的設(shè)定航向并發(fā)送至無(wú)人船艇遙測(cè)控系統(tǒng)；