[發明專利]一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法

有效

• 申請號: 202010767211.3
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111846144B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張波;韋喜忠;陳奕宏;金建海;包濤;陳卓;周則興
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心
• 主分類號: B63B79/30
• 分類號: B63B79/30;B63B71/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明涉及一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，提出了兩種模擬測試類型，一種是既模擬無人艇的運動、又模擬障礙物的運動，可以用于無人艇避碰算法的陸上測試驗證，第二種是只模擬障礙物的運動，可以用于無人艇下水后的湖上虛擬避碰測試；通過將障礙物感知、避碰算法、運動執行三個環節解耦，既可單獨進行某個環節的測試，也可耦合在一起綜合測試，從而加快了工程開發進度，并極易辨別出測試過程中的耦合性問題，獲得避碰算法與執行環節的魯棒性；另一方面，采用與傳感器輸出完全一致的數據格式，虛擬障礙物模擬模塊可以無縫替代感知傳感器，虛擬測試結束后只需要將虛擬障礙模塊替換為真實的感知傳感器，就可以轉換為真實感知避碰。

技術領域

本發明涉及無人艇避碰測試技術領域，尤其是一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法。

背景技術

無人水面艇，簡稱無人艇，是一種輕型智能水面運載工具，具有體積小、造價低、速度快、機動性強等特點。隨著控制技術、感知技術、無線通信技術的進步，無人艇獲得了很大的發展。通過搭載不同的設備，無人艇可以應用在不同的領域，例如，當搭載單波束、多波束、淺底層剖面儀等聲吶設備時，可以用于海底測繪、探雷反潛等；當搭載水質采樣或檢測設備時，可以用于環境檢測；當搭載武器時，可以用于區域巡邏、海岸保護、護航、作戰等任務。

無人艇在航行過程中可能遇到島嶼、暗礁、燈塔、浮標和航行的船只等障礙物，要保證無人艇能夠在海洋中正常安全航行，無人艇必須能夠自主避開這些障礙物，同時還要考慮無人艇自身的結構特征以及運動規律，所采取的避碰策略要遵循《國際海上避碰規則》。

現有技術中，無人艇海上避碰技術研究包括三個環節：障礙物感知、避碰算法與運動執行，其中障礙物感知可以通過搭載的感知傳感器與感知數據處理模塊單獨測試，避碰算法也可以通過獨立的仿真程序來測試，而運動執行只有通過實船的真實運動才能全面的測試執行機構的性能與可靠性、操控參數的合理性等；此外，障礙物感知環節由于雷達等感知傳感器自身的環境適應性特點、數據處理有一定難度等原因，常常會出現一些難以預料的問題，要實現穩定可靠的探測識別需要較長時間的測試。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種結構合理的虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，從而提出虛擬障礙物的方法來對無人艇避碰技術進行研究，有效助力于實船測試，大大縮短了實船測試周期，并有效避開了環境等因素的干擾，可靠性高。

本發明所采用的技術方案如下：

一種虛實融合的無人水面艇避碰測試方法，所述避碰測試方法中無人艇及障礙物均為虛擬模式，設定初始時刻時的船體坐標系為A坐標系，當前時刻為T1，T1時刻時的船體坐標系為B坐標系，下一時刻為T2時刻；包括如下步驟：

第一步：輸入T1時刻的初始船位、障礙物在A坐標系中的初始相對速度(V_Ax，V_Ay)、初始相對位置(D_Ax，D_Ay)；

第二步：更新T1時刻時無人艇在大地坐標系下的船速、航向角，輸出A坐標系X軸與B坐標系X軸之間的夾角θ、B坐標系原點在A坐標系中的坐標(D_OBAx，D_OBAy)；

第三步：根據障礙物在A坐標系中的相對速度(V_Ax，V_Ay)，第二步中的夾角θ和相對速度(V_OBAx，V_OBAy)，輸出T1時刻時的障礙物在B坐標系中的相對速度(V_Bx，V_By)；

第四步：根據障礙物在A坐標系中的位置(D_Ax，D_Ay)、第二步中的夾角θ和坐標(D_OBAx，D_OBAy)，輸出T1時刻時的障礙物在B坐標系中的相對位置(D_Bx1，D_By1)；