[發(fā)明專利]考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航線實時優(yōu)化方法及航行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011096830.0
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112214023B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈琪;廖煜雷;龐碩;李曄;初昀
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 于歌

1.考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航線實時優(yōu)化方法，其特征在于，無人艇在航行過程中，

當(dāng)波浪遭遇角α的絕對值等于90°時，無人艇保持當(dāng)前航行狀態(tài)向下一個航跡點航行；

當(dāng)波浪遭遇角α∈(-90，90)時，調(diào)整無人艇艏向與波浪傳播方向一致并關(guān)閉無人艇推進器，使無人艇在波浪的推進下航行距離L₁，然后打開推進器并使無人艇航向偏轉(zhuǎn)角度β₁，完成航線優(yōu)化，

其中，L為兩個航跡點之間的直線距離，β₁能夠使推進器當(dāng)前輸出能量最小，E_1min為推進器當(dāng)前輸出的最小能量，P為無人艇受到的前進阻力，W_fair為無人艇受到的順浪推力；

當(dāng)波浪遭遇角α∈(-90,-180)∪(90,180]時，調(diào)整無人艇艏向與波浪傳播方向相反并關(guān)閉無人艇推進器，使無人艇在波浪水翼推力下航行距離L₂，然后打開推進器并使無人艇航向偏轉(zhuǎn)角度β₂，完成航線優(yōu)化，

其中，β₂能夠使推進器當(dāng)前輸出能量最小，E_2min為推進器當(dāng)前輸出的最小能量，W_r為無人艇受到的頂浪阻力，W_t為無人艇受到的水翼推力。

2.考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航行方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在柵格化的地圖上對無人艇的離線路徑進行規(guī)劃，并獲得離線路徑中離散的航跡點，其中，各航跡點之間均無障礙物且無人艇能夠經(jīng)過每個航跡點，設(shè)i為各航跡點的序號且i的初始值為0；

步驟二：利用自然能驅(qū)動無人艇從第i個航跡點向第i+1個航跡點航行，同時采集第i個航跡點附近的波浪環(huán)境信息，并將該波浪環(huán)境信息作為第i個航跡點與第i+1個航跡點之間的波浪信息；

步驟三：計算在自然能驅(qū)動下無人艇的波浪遭遇角α；

步驟四：判斷|α|是否等于90°，是則無人艇按照離線路徑繼續(xù)航行，否則對第i個航跡點與第i+1個航跡點之間的航線進行優(yōu)化，

所述對第i個航跡點與第i+1個航跡點之間的航線進行優(yōu)化的具體方法為：

當(dāng)波浪遭遇角α∈(-90，90)時，調(diào)整無人艇艏向與波浪傳播方向一致并關(guān)閉無人艇推進器，使無人艇在波浪的推進下航行距離L₁，然后打開推進器并使無人艇航向偏轉(zhuǎn)角度β₁向第i+1個航跡點航行，

其中，L為兩個航跡點之間的直線距離，β₁能夠使推進器當(dāng)前輸出能量最小，E_1min為推進器當(dāng)前輸出的最小能量，P為無人艇受到的前進阻力，W_fair為無人艇受到的順浪推力；

當(dāng)波浪遭遇角α∈(-90,-180)∪(90,180]時，調(diào)整無人艇艏向與波浪傳播方向相反并關(guān)閉無人艇推進器，使無人艇在波浪水翼推力下航行距離L₂，然后打開推進器并使無人艇航向偏轉(zhuǎn)角度β₂向第i+1個航跡點航行，

其中，β₂能夠使推進器當(dāng)前輸出能量最小，E_2min為推進器當(dāng)前輸出的最小能量，W_r為無人艇受到的頂浪阻力，W_t為無人艇受到的水翼推力；

步驟五：判斷i是否等于n，是則無人艇到達終點結(jié)束航行，否則使i＝i+1，然后返回步驟二，n為航跡點總數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航行方法，其特征在于，步驟一中，在利用自然能驅(qū)動無人艇的條件下，根據(jù)任務(wù)需求和能源系統(tǒng)的捕獲要求，在柵格化的地圖上對無人艇的離線路徑進行規(guī)劃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航行方法，其特征在于，步驟二中，通過無人艇所載的波浪儀傳感器獲取波浪信息，所述波浪信息包括：波高H、波長λ、波周期T、波速C和波向角。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮波浪推進的自然能驅(qū)動無人艇的航行方法，其特征在于，步驟三中波浪遭遇角α為無人艇艏向角和波向角的差值。