室内自航模操纵性实验定位系统技术方案

本发明专利技术设计了一种室内自航模操纵性实验定位系统，在船舶设计与建造中，操纵性能始终是设计者关注和控制的一个目标，而船模操纵实验是解决问题的途径之一。目前实验中多采用传感器进行船模轨迹测量，缺少实时性和准确性。本发明专利技术的室内自航模操纵性实验定位系统包括：航迹识别系统、船载控制器、地面控制系统、通讯系统、伺服驱动系统、电源系统。通过WIFI局域网络实现船在控制器、航迹反馈、地面控制站的联网，地面控制站根据操作人员设定的参数结合航迹识别系统对航模进行控制。

Indoor, self-propelled model, maneuverability experiment, positioning system

The present invention relates to a self propulsion control experiment indoor positioning system in ship design and construction, operating performance is always a target designer and control, and ship model manipulation experiment is one of the ways to solve the problem. At present, many sensors are used in ship model trajectory measurement, which is lack of real-time and accuracy. The indoor self guided airplane test positioning system of the invention comprises a track identification system, a ship borne controller, a ground control system, a communication system, a servo drive system and a power supply system. Through the WIFI local area network, the network of the controller, the track feedback and the ground control station are realized. The ground control station can control the model airplane according to the parameters set by the operator and combined with the track identification system.

【技术实现步骤摘要】
室内自航模操纵性实验定位系统
本专利技术涉及一种船舶操纵系统，特别涉及一种室内自航模操纵性实验定位系统。
技术介绍
在船舶设计与建造中，操纵性能始终是设计者关注和控制的一个目标。船舶操纵性是船舶航行重要的性能之一，它是指船舶在控制装置的作用下，按照驾驶者的意图保持或者改变运动状态的性能，而且船舶操纵性与航行的安全性和经济性密切相关。目前，船模操纵性实验是解决该问题的途径之一。在船模操纵性能实验中，船模运动轨迹的测量决定了实验的准确性。目前船模航迹识别一般采用传感器和激光扫描方法进行船模轨迹测量，但这些方法缺乏实时性和准确性，在现实操作中主要存在以下问题：第一，采用激光扫描的方法追踪船模轨迹，需要利用激光轨迹仪对船模进行定位，并在船模上加装反光棱镜。在船模上加装反光棱镜会对船模本身操纵性有影响；第二，采用传感器进行测量航模轨迹时会产生误差，并且不能够实时反映船模航行轨迹，达不到实验实时性要求。而且在购买传感器方面消费大，增加实验成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种室内自航模操纵性实验定位系统，有效的提高轨迹测量的准确率和实时性，是通过惯导和摄像机实现室内水池船模轨迹测量的实验，它是省时、省力、省费、可靠的实验技术。对解决船模高难度实验技术起到关键作用。因此，本专利技术对船舶操纵性实验是非常必要的，该系统的研究具有重要的应用价值以及理论意义。本专利技术的目的是这样实现的：一种室内自航模操纵性实验定位系统，其特征在于，所述的室内自航模操纵性实验定位系统包括航迹识别系统、船载控制器、地面控制系统、无线通讯系统、伺服驱动系统、电源系统。所述的航迹识别系统包括摄像机、航迹识别软件系统，航迹识别系统采用船头船尾加装航标灯的模式，在高于水池面10米处设置单个摄像头进行船模位置识别，该摄像机分辨率为7mm，速度精度约为15cm/s，位置精度20cm，当船模在15.2m×11.4m区域进行移动时，航迹识别软件系统可读取高速摄像机的图像并进行相应的图像处理功能，实现船模运行轨迹的提取，并通过无线通讯系统反馈给地面控制软件，实现在室内对船舶运动轨迹的监控。所述的船载控制器，采用嵌入式控制器，通过控制两路无刷电机转速、转速反馈、两路舵机控制进行船舶的调速、舵机控制等底层控制，同时可通过接收通讯系统指令进行相应的动作。所述的地面控制系统中的地面控制端软件为系统控制中枢，同时接收船舶航迹检测的反馈数据，并对其进行处理，形成航迹控制指令发送给船载控制软件进行运动控制，通过该地面控制软件，可实现船舶航迹设置等人机交互功能。所述的无线通讯系统采用WIFI通讯方式进行组网，实现地面控制系统、航迹识别系统、船载控制系统间构建对等网络实现数据通讯的功能，通讯半径100m@54Mbps。所述的伺服驱动系统包含两个100w推进器，分别挂于双体船的尾部，通过两个舵机对挂于尾部的推进器的推进方向进行控制，实现矢量推进，以控制船的航速及航向。所述的电源系统可实现对该船载电源的电量、电流监控，提示低电量并进行过流保护，同时配有免维护铅酸电池(12V20AH)，为船模系统提供电力。有益效果：一、在系统的实时测量下，通过图像处理方法可以同时监测船模航行轨迹和航行速度，具有实时性；二、应用图像处理方法直接对船模进行检测，不应用以往传感器等复杂硬件，省时，省力，省成本；三、应用图像处理得到的像素，受到光照影响产生误差，此时应用线性回归算法对数据进行处理得以矫正，结果更加精确，准确率提高。附图说明：附图1为自航模操纵性实验监测场景图（1为摄像机，2为红绿指示灯，3为船模，4为水池）；附图2为自航模操纵性实验监测场景俯视图（5为航向角，6为船质心）。具体实施方式：一种室内自航模操纵性实验定位系统，其组成包括：航迹识别系统、船载控制器、地面控制系统、无线通讯系统、伺服驱动系统、电源系统。所述的航迹识别系统包括摄像机、航迹识别软件系统，航迹识别系统采用船头船尾加装航标灯的模式，在高于水池面10米处设置单个摄像头进行船模位置识别，该摄像机分辨率为7mm，速度精度约为15cm/s，位置精度20cm，当船模在15.2m×11.4m区域进行移动时，航迹识别软件系统可读取高速摄像机的图像并进行相应的图像处理功能，实现船模运行轨迹的提取，并通过无线通讯系统反馈给地面控制软件，实现在室内对船舶运动轨迹的监控。所述的船载控制器，采用嵌入式控制器，通过控制两路无刷电机转速、转速反馈、两路舵机控制进行船舶的调速、舵机控制等底层控制，同时可通过接收通讯系统指令进行相应的动作。所述的地面控制系统中的地面控制端软件为系统控制中枢，同时接收船舶航迹检测的反馈数据，并对其进行处理，形成航迹控制指令发送给船载控制软件进行运动控制，通过该地面控制软件，可实现船舶航迹设置等人机交互功能。所述的无线通讯系统采用WIFI通讯方式进行组网，实现地面控制系统、航迹识别系统、船载控制系统间构建对等网络实现数据通讯的功能，通讯半径100m@54Mbps。所述的伺服驱动系统包含两个100w推进器，分别挂于双体船的尾部，通过两个舵机对挂于尾部的推进器的推进方向进行控制，实现矢量推进，以控制船的航速及航向。所述的电源系统可实现对该船载电源的电量、电流监控，提示低电量并进行过流保护，同时配有免维护铅酸电池(12V20AH)，为船模系统提供电力。根据上述所述的室内自航模操纵性实验定位系统，该套系统采用海康摄像头作为获取图像的视频设备，船尾部安装航标灯作为图像识别目标。航迹识别系统使用C/S架构进行widows客户端软件开发。以windows7系统为背景，QtCreator为软件开发环境。摄像头通过网线与计算机连接，计算机通过开发的航迹识别系统软件对摄像头拍摄的图像进行实时处理。系统通过摄像头提供的DLL动态连接库，在识别系统主界面显示出监控的视频图像，并提供截图、视频录像等功能。使用SDK中的函数对摄像头解码回调，时时获取图像信息，系统将获取到的图像信息保存到图像队列中；系统中另外开启一个线程实时读取图像缓冲队列中的图像；获取到的图像进行图像处理，首先进行矩阵仿射，使得得到的图像中水池为标准矩形；变换后的图像进行二值化处理；对二值化后的图像进行角点识别，得到角点个数和角点坐标。（船上放入一个很亮的灯，因次只会识别出一个角点，获得这个图像的角点坐标即为无人船的坐标）。航迹系统采用winsocket开发是本系统网络通信的一个客户端，主控制系统为服务器端。通过网络通信航迹系统与主控制系统实时保持通信，将获取到的位置坐标实时发送给主控制系统，主控制系统接收到的位置信息保存到Excel中，供实验数据处理。数据处理采用线性回归算法。设X（x1,x2）为像素数据向量，Y（y1,y2）为导航仪数据向量。在Y中截取精度符合要求的数据子集Y1（y11，y21），通过时间上的对应关系，我们可以得到Y中与Y1相同时刻测得的像素数据子集X1（x11，x21），由此我们可以得到一组具有对应关系的数据集，由此对应关系，我们可以将导航仪的数据值认为成以像素数据为自变量的函数，并构造函数y11=f1（x11），y21=f2（x21），我们通过数据拟合方式对f1、f2进行估计，可以得到线性函数y11=K1*x11+b1和y21=K2*x21+b2，如此我本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内自航模操纵性实验定位系统，其特征在于，所述的室内自航模操纵性实验定位系统包括航迹识别系统、船载控制器、地面控制系统、无线通讯系统、伺服驱动系统、电源系统。

【技术特征摘要】
1.一种室内自航模操纵性实验定位系统，其特征在于，所述的室内自航模操纵性实验定位系统包括航迹识别系统、船载控制器、地面控制系统、无线通讯系统、伺服驱动系统、电源系统。2.根据权利要求1所述的室内自航模操纵性实验定位系统，其特征在于，所述的航迹识别系统包括摄像机、航迹识别软件系统，航迹识别系统采用船头船尾加装航标灯的模式，在高于水池面10米处设置单个摄像头进行船模位置识别，该摄像机分辨率为7mm，速度精度约为15cm/s，位置精度20cm，当船模在15.2m×11.4m区域进行移动时，航迹识别软件系统可读取高速摄像机的图像并进行相应的图像处理功能，实现船模运行轨迹的提取，并通过无线通讯系统反馈给地面控制软件，实现在室内对船舶运动轨迹的监控。3.根据权利要求1所述的室内自航模操纵性实验定位系统，其特征在于，所述的船载控制器，采用嵌入式控制器，通过控制两路无刷电机转速、转速反馈、两路舵机控制进行船舶的调速、舵机控制等底层控制，同时可通过接收通讯系统指令进行相应的动作。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天，
申请(专利权)人：上海航士海洋装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31