一种水面无人艇导航与控制遥操作平台制造技术

本发明专利技术公开了一种水面无人艇导航与控制遥操作平台，包括导航雷达、自动识别系统、航姿参考系统、转速与舵角传感器、车舵控制模块、艇载工控计算机以及岸基/母船控制计算机，岸基/母船控制计算机与艇载工控计算机通过TCP/IP或UDP协议双向连接，导航雷达和自动识别系统通过RS422/485模块与岸基/母船控制计算机连接，自动识别系统、航姿参考系统、转速与舵角传感器分别连接艇载工控计算机，艇载工控计算机通过车舵控制模块连接转速与舵角传感器，岸基/母船控制计算机分别连接基于滑阻的车钟与舵令传感器和转速及舵角表盘显示模块，本发明专利技术在引导航行过程中，能够通过雷达跟踪数据及自动识别系统参数实时分析艇周目标与无人艇的碰撞危险并给出试操船避让方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人艇控制
，具体为一种水面无人艇导航与控制遥操作平台。
技术介绍
随着机器人技术、现代通信技术、计算机技术以及航海技术的迅猛发展，无人艇逐渐应用于海面环境监测、海上事故搜寻救助、海上交通疏导、协助维护海上交通秩序、近远程目标识别与追踪等领域。目前，水面无人艇的操作方式主要分为全自动操作和由人工遥控操作两种形式，或者可以手动操控和自主航行双模操控。在过去20年中，无人装备尤其是无人机的军事应用取得了突飞猛进的发展，各国对无人艇技术的研究也逐年加强。当前的无人艇主要由美国、英国、法国、加拿大、以色列、日本等10余个国家研制，能够完成情报搜集、物理表征、反水雷、海事安全和训练测试等方面任务。单纯无人艇制导研究主要包含：一、路径规划方面研究，已经有了一定的研究成果，主要是基于给定的海洋环境信息（通常基于电子海图）来获取无人艇所经过区域的静态障碍物信息的大范围离线路径规划，主要方法有：栅格法、势场法、路径寻优Dijkstra算法、遗传算法、A*算法以及这几种算法改进的组合方法等；二、智能或在线支持避碰方法研究，主要是基于雷达和AIS获取附近船舶信息的小范围在线路径动态规划。常用的方法有：遗传算法、模糊理论、进化算法、粒子群算法、智能学习机制、基于避碰规则的确定性协同路径规划算法以及组合算法等。三、数据链建立及运动控制方法研究，目前一般基于无线遥控器的低端控制距离较短，不适合超视距遥控，且数据传输带宽也较小，存在着小艇失控而无法回收的风险。对于船艇智能自动舵的控制方法理论研究成果比较丰富，包括模糊控制、专家控制、神经网络控制、仿人智能控制、多种控制方法组合起来的混合智能控制等。但很多技术的产业化还处于早期阶段，用于无人艇运动控制还很少见，大都是仿真实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水面无人艇导航与控制遥操作平台，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种水面无人艇导航与控制遥操作平台, 包括导航雷达、自动识别系统、航姿参考系统、转速与舵角传感器、车舵控制模块、艇载工控计算机以及岸基/母船控制计算机，所述岸基/母船控制计算机与艇载工控计算机通过TCP/IP或UDP协议双向连接，所述导航雷达和自动识别系统通过RS422/485模块与岸基/母船控制计算机连接，所述自动识别系统、所述航姿参考系统、所述转速与舵角传感器分别连接艇载工控计算机，所述艇载工控计算机通过车舵控制模块连接转速与舵角传感器，所述岸基/母船控制计算机还分别连接基于滑阻的车钟与舵令传感器和转速及舵角表盘显示模块。优选的，所述岸基/母船控制计算机包括电子海图航线设计模块、雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块、碰撞危险判断模块、试操船方案及出界判断模块、控制算法及操纵指令模块以及艇载参数采集与显示模块，所述电子海图航线设计模块依次连接雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块、碰撞危险判断模块、试操船方案及出界判断模块、控制算法及操纵指令模块，所述控制算法及操纵指令模块与艇载参数采集与显示模块双向连接。优选的，所述碰撞危险判断模块评判算法如下：已知目标位置Q：，无人艇位置P：，目标真航向、航速，艇向、航速，分步求取目标相对艇的方位、距离；进一步计算目标危险系数，步骤如下：A、计算目标东、北向航速：，B、同理：计算无人艇东、北向航速：C、移动目标对艇的相对航向、航速：若，，D、移动目标至最近会遇点的剩余距离和所需时间：；E、目标与艇的最近会遇距离：其中，剩余距离、时间表示紧迫程度，最近会遇距离表示对艇危险程度，若小于安全阈，系统报警并提示或给出参考避让方案，方案算法与碰撞危险判断模块评判算法相同，即：给出假定的艇向与艇速参与上述技术，直至最近会遇距离大于设定阈。优选的，所述试操船方案及出界判断模块算法如下：设无人艇位置P为：，预设航线包含航路点为：，航线含分段：其中任一分段:，（，，），其中：，若，则无人艇位置P偏离计划航线距离为：,若（XTE为预设允许偏航距离），系统给出警告；同理，设置多变形极限可航范围,构建多边形各边方法与航线构建方法相同，最后一条边为最后一个端点与第一端点的封闭，构建的多边形无论是凸壳还是凹壳多边形，只要边不自交，以艇位置为起点构建向下的射线（），与多边形各边交点数为奇数时，则艇位置在极限可航范围内，否则，出界，给出危险报警，算法为：遍历多边形各边，若，则构建射线与该段无交点；若，代入该边函数，解得映射解，若，判断有交点,并得交点坐标，交点计数变量加1；反之，与该边无交点；累计交点数，除2取余计算后，余数为1判为奇数，得艇位置在界内，反之越界。优选的，所述基于滑阻的车钟与舵令传感器包括电源模块、单片机、传感器以及串口通信模块，所述单片机分别连接电源模块、传感器以及串口通信模块，所述单片机采用STC12C5A60S单片机，所述传感器采用滑阻式或磁敏式角位移传感器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在引导航行过程中，系统通过雷达跟踪数据及自动识别系统参数实时分析艇周目标与无人艇的碰撞危险并给出试操船避让方案，本专利技术能够实现基于4G网络的艇上传感器数据回传并将对艇车舵遥操作指令发送到艇，艇收令后利用PELCO-D指令驱动艇上车舵设备，本专利技术还可以进一步实现航行及避碰的全程自动化，搭载任务模块亦可完成专项任务，系统研究对抵近搜索侦察、险恶环境仿人作业具有一定意义。附图说明图1为本专利技术的系统原理框图；图2为本专利技术的控制流程图；图3为本专利技术的基于滑阻的车钟与舵令传感器控制原理框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术提供一种技术方案：一种水面无人艇导航与控制遥操作平台, 包括导航雷达1、自动识别系统2、航姿参考系统3、转速与舵角传感器4、车舵控制模块5、艇载工控计算机6以及岸基/母船控制计算机7，所述岸基/母船控制计算机7与艇载工控计算机6通过TCP/IP或UDP协议双向连接，所述导航雷达1和自动识别系统2通过RS422/485模块与岸基/母船控制计算机7连接，所述自动识别系统2、所述航姿参考系统3、所述转速与舵角传感器4分别连接艇载工控计算机6，所述艇载工控计算机6通过车舵控制模块5连接转速与舵角传感器4，所述岸基/母船控制计算机7还分别连接基于滑阻的车钟与舵令传感器8和转速及舵角表盘显示模块9，岸基/母船控制计算机7包括电子海图航线设计模块10、雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块11、碰撞危险判断模块12、试操船方案及出界判断模块13、控制算法及操纵指令模块14以及艇载参数采集与显示模块15，所述电子海图航线设计模块10依次连接雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块11、碰撞危险判断模块12、试操船方案及出界判断模块13、控制算法及操纵指令模块14，所述控制算法及操纵指令模块14与艇载参数采集与显示模块15双向连接，其中，船用导航雷达及自动识别系统功能：通过雷达显控单元内的TRACK CONTR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水面无人艇导航与控制遥操作平台, 包括导航雷达、自动识别系统、航姿参考系统、转速与舵角传感器、车舵控制模块、艇载工控计算机以及岸基/母船控制计算机，其特征在于：所述岸基/母船控制计算机与艇载工控计算机通过TCP/IP或UDP协议双向连接，所述导航雷达和自动识别系统通过RS422/485模块与岸基/母船控制计算机连接，所述自动识别系统、所述航姿参考系统、所述转速与舵角传感器分别连接艇载工控计算机，所述艇载工控计算机通过车舵控制模块连接转速与舵角传感器，所述岸基/母船控制计算机还分别连接基于滑阻的车钟与舵令传感器和转速及舵角表盘显示模块。

【技术特征摘要】
1.一种水面无人艇导航与控制遥操作平台, 包括导航雷达、自动识别系统、航姿参考系统、转速与舵角传感器、车舵控制模块、艇载工控计算机以及岸基/母船控制计算机，其特征在于：所述岸基/母船控制计算机与艇载工控计算机通过TCP/IP或UDP协议双向连接，所述导航雷达和自动识别系统通过RS422/485模块与岸基/母船控制计算机连接，所述自动识别系统、所述航姿参考系统、所述转速与舵角传感器分别连接艇载工控计算机，所述艇载工控计算机通过车舵控制模块连接转速与舵角传感器，所述岸基/母船控制计算机还分别连接基于滑阻的车钟与舵令传感器和转速及舵角表盘显示模块。2.根据权利要求1所述的一种水面无人艇导航与控制遥操作平台，其特征在于：所述岸基/母船控制计算机包括电子海图航线设计模块、雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块、碰撞危险判断模块、试操船方案及出界判断模块、控制算法及操纵指令模块以及艇载参数采集与显示模块，所述电子海图航线设计模块依次连接雷达与自动识别系统目标轨迹融合模块、碰撞危险判断模块、试操船方案及出界判断模块、控制算法及操纵指令模块，所述控制算法及操纵指令模块与艇载参数采集与显示模块双向连接。3.根据权利要求2所述的一种水面无人艇导航与控制遥操作平台，其特征在于：所述碰撞危险判断模块评判算法如下：已知目标位置Q：，无人艇位置P：，目标真航向、航速，艇向、航速，分步求取目标相对艇的方位、距离；进一步计算目标危险系数，步骤如下：计算目标东、北向航速：，B、同理：计算无人艇东、北向航速：C、移动目标对艇的相对航向、航速：若，，D、移动目...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯爱国，吴炜，陈婷婷，
申请(专利权)人：南通航运职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32