鲁棒航迹引导律的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种鲁棒航迹引导律的确定方法及装置，该方法包括：根据指令航标点，生成指令航迹曲线；根据船舶的当前位置和所述指令航标点，判断当前航迹区间；根据指令航迹曲线，计算当前航迹区间的航迹偏差；根据所述当前航迹区间的航迹偏差，计算当前航迹区间的指令航向角；根据所述当前航迹区间的指令航向角，计算当前航迹区间的指令横倾角；输出所述指令航向角和所述指令横倾角。本发明专利技术将横倾动力学特性纳入鲁棒航迹引导律的确定中来，综合了航向、横倾对船舶航迹的影响，便于在线计算，具有很强的实时性，提高了航迹跟踪过程的适航性与机动性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据处理领域，尤其涉及一种鲁棒航迹引导律的确定方法及装置。
技术介绍
船舶航行时操纵控制的目的是追求船舶航行的经济性和安全性，这些都要求船舶沿着精确的航向与航迹航行。如船舶在作长距离远洋直航运动时，操控控制系统性能较好的船舶就无需频繁操舵即能维持航向，且航迹也较接近于要求的直线。而操控系统性能较差的船舶则要频繁操舵以纠正航向偏离，其航迹较为曲折，呈现“S”形。这样一方面增加了实际航程，另一方面由于校正航向偏差增加了操纵机械和推进机械的功率消耗。据分析，由于上述原因而增加的功率消耗约占主机功率的2％～3％，而对于部分舵控系统性能较差的船舶此种功耗有时甚至高达20％。海上解决航迹控制问题一般分为航迹规划、航海计算、引导、航迹控制四个方面。引导问题用于消除航迹偏差使船舶沿预定航线准确航行，因而是解决船舶航迹问题的重中之重。传统的引导问题分为航迹控制和航迹转向两部分，航迹控制又分为航迹开始和航迹结束两个方面。总之，引导过程是一项综合的智能解决问题的过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种鲁棒航迹引导律的确定方法及装置，旨在解决现有技术的鲁棒航迹引导律的计算中没有考虑船舶的横倾动力学特性的技术问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种鲁棒航迹引导律的确定方法，包括：根据指令航标点，生成指令航迹曲线；根据船舶的当前位置和所述指令航标点，判断当前航迹区间；根据指令航迹曲线，计算当前航迹区间的航迹偏差；根据所述当前航迹区间的航迹偏差，计算当前航迹区间的指令航向角；根据所述当前航迹区间的指令航向角，计算当前航迹区间的指令横倾角；输出所述指令航向角和所述指令横倾角。在此基础上，进一步地，所述船舶为水翼双体船。在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述根据指令航标点，生成指令航迹曲线的步骤，具体为：根据指令航标点，应用三次多项式回归法，生成指令航迹曲线；所述指令航迹曲线为：其中，为航迹变量，和分别为指令航迹曲线上船舶的横坐标和纵坐标；a3、a2、a1、a0为横坐标的线性系数；b3、b2、b1、b0为纵坐标的线性系数。在此基础上，进一步地，所述航迹偏差为：其中， x · = u c o s ( ψ ) - v c o s ( ψ ) s i n ( ψ ) , ]]> y · = u sin ( ψ ) - v c o s ( ψ ) cos ( ψ ) , ]]> ψ · = r c o s ( ψ ) , ]]> φ · = p , ]]>其中，x、y分别是船舶的当前位置的横坐标和纵坐标，ψ是艏摇角，φ是横摇角，u是纵荡速度，v是横荡速度，r是艏摇角速度，p是横摇角速度；β为由于海流干扰导致的运动侧滑角，γp为指令航迹角。在此基础上，进一步地：所述指令航向角为： ψ d = γ p + tan - 1 ( - y e Δ ) - β ^ , ]]>其中，Δ为前向距离，为侧滑角的估计值；所述指令横倾角为： φ c = tan - 1 ( U ψ d · g ) . ]]>其中，g为重力加速度。一种鲁棒航迹引导律的确定装置，包括：航迹曲线生成模块，用于根据指令航标点，生成指令航迹曲线；航迹区间判断模块，用于根据船舶的当前位置和所述指令航标点，判断当前航迹区间；航迹偏差计算模块，用于根据指令航迹曲线，计算当前航迹区间的航迹偏差；指令航向角计算模块，用于根据所述当前航迹区间的航迹偏差，计算当前航迹区间的指令航向角；指令横倾角计算模块，用于根据所述当前航迹区间的指令航向角，计算当前航迹区间的指令横倾角；输出模块，用于输出所述指令航向角和所述指令横倾角。在此基础上，进一步地，所述船舶为水翼双体船。在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述航迹曲线生成模块用于根据指令航标点，应用三次多项式回归法，生成指令航迹曲线；所述指令航迹曲线为：其中，为航迹变量，和分别为指令航迹曲线上船舶的横坐标和纵坐标；a3、a2、a1、a0为横坐标的线性系数；b3、b2、b1、b0为纵坐标的线性系数。在此基础上，进一步地，所述航迹偏差为：其中， x · = u c o s ( ψ ) - v c o s ( ψ ) s i n ( ψ ) , ]]> y 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于，包括：根据指令航标点，生成指令航迹曲线；根据船舶的当前位置和所述指令航标点，判断当前航迹区间；根据指令航迹曲线，计算当前航迹区间的航迹偏差；根据所述当前航迹区间的航迹偏差，计算当前航迹区间的指令航向角；根据所述当前航迹区间的指令航向角，计算当前航迹区间的指令横倾角；输出所述指令航向角和所述指令横倾角。

【技术特征摘要】
1.一种鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于，包括：
根据指令航标点，生成指令航迹曲线；
根据船舶的当前位置和所述指令航标点，判断当前航迹区间；
根据指令航迹曲线，计算当前航迹区间的航迹偏差；
根据所述当前航迹区间的航迹偏差，计算当前航迹区间的指令航向角；
根据所述当前航迹区间的指令航向角，计算当前航迹区间的指令横倾角；
输出所述指令航向角和所述指令横倾角。
2.根据权利要求1所述的鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于，所述船舶为水翼双
体船。
3.根据权利要求1或2所述的鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于，所述根据指令
航标点，生成指令航迹曲线的步骤，具体为：
根据指令航标点，应用三次多项式回归法，生成指令航迹曲线；
所述指令航迹曲线为：
其中，为航迹变量，和分别为指令航迹曲线上船舶的横坐标和纵坐标；
a3、a2、a1、a0为横坐标的线性系数；b3、b2、b1、b0为纵坐标的线性系数。
4.根据权利要求3所述的鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于，所述航迹偏差为：
其中，
x · = u c o s ( ψ ) - v c o s ( ψ ) s i n ( ψ ) , ]]> y · = u s i n ( ψ ) - v c o s ( ψ ) c o s ( ψ ) , ]]> ψ · = r c o s ( ψ ) , ]]> φ · = p , ]]>其中，x、y分别是船舶的当前位置的横坐标和纵坐标，ψ是艏摇角，φ是横摇角，u是纵荡
速度，v是横荡速度，r是艏摇角速度，p是横摇角速度；β为由于海流干扰导致的运动侧滑角，
γp为指令航迹角。
5.根据权利要求4所述的鲁棒航迹引导律的确定方法，其特征在于：
所述指令航向角为：
ψ d = γ p + tan - 1 ( - y e Δ ) - β ^ , ]]>其中，Δ为前向距离，为侧滑角的估计值；
所述指令横倾角为：
φ c = tan - 1 ( U ψ d · g ) . ]]>其中，g为重力加速度。
6.一种鲁棒航迹引导律的确定装置，其特征在于，包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，许长魁，王宇超，张兰勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23