一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法技术

提出了一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法，从构建MATLAB核心单元开始，引入模型预测控制(MPC)作为控制方法，建立了无人机和船舶的运动学方程，搭建了整个系统的框架。研究的控制框架实现在船舶和无人机之间的联动，控制无人机在船舶的计划路径周围所需控制精度的区域工作。无人机对海上态势进行感知，监视海况，指导船舶航行、避障、海上作业等操作任务。在船舶随时间改变其速度和航向时，也可以保持控制的精度与稳定性。

An Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Method for Monitoring Ship Path Based on Situational Awareness at Sea

This paper presents a method of using UAV to monitor the ship's path by situational awareness at sea. Starting from building the core unit of MATLAB, model predictive control (MPC) is introduced as the control method, the kinematics equation of UAV and ship is established, and the framework of the whole system is built. The control framework of the study realizes the linkage between ship and UAV, and controls the area of control precision required by UAV around the planned path of ship. Unmanned aerial vehicles (UAVs) perceive the sea situation, monitor the state of the sea, and guide ships to navigate, avoid obstacles, and operate at sea. When a ship changes its speed and course with time, the accuracy and stability of the control can also be maintained.

【技术实现步骤摘要】
一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法
涉及无人机控制和船舶海上态势感知领域，具体涉及一种运用模型预测控制(ModelPredictiveControl)来控制无人机的控制方法。该方法建立了控制无人机进行海上态势感知并监测船舶路径的框架。
技术介绍
海上态势感知的目的是增强识别现有威胁的能力，以便尽可能早地处理现有威胁。这是通过将相互作用的智能、监视、测量和导航系统集成在同一个操作框架中来完成的。为了使这种系统框架有效运行，有必要建立一个包含数据收集和监测的结构。该机构使用传感器对空气和水流进行检测，并对数据进行精确的分析，继而进行快速和准确的响应。为了满足这种所需功能，无人机是非常适合的工具。无人机可以装备各种各样的传感器，例如照相机或雷达。这些传感器的一个应用是跟踪海洋中的漂浮元素，例如漂浮物、敌方船只、冰山等。该信息可用于防撞系统，船舶将根据障碍物的位置找到新的路径；军事行动，可以更早地确定威胁或目标；海洋冰山管理，用于绘制漂浮在船只路径中的冰或冰山的特征；搜救，用于船只需要寻找失踪的船员的情况。通常，船只是海上行动的中心，如前所述，海上行动可以是海上作业、搜索和营救本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、构建MATLAB核心单元船舶计划路径的数据文件由MATLAB核心代码单元加载，船舶的起始位置B点作为NED坐标系的原点，根据坐标原点定义相应的纬度和经度；按顺序，定义航点的更新速率，以及船舶应从无人机接收有关其航路的信息的时间；无人机的位置，速度和空中姿态信息用作解决二维优化问题的输入，假设无人机将飞行在恒定的高度；有关无人机的以下信息来自DUNE单元：●机体在地球坐标系中的起始位置A点，包括经度lat，纬度lon和高度alt；●机体运动中自身位置C点相对于NED坐标系原点B点的位置偏差(x,y,z)；●机体...

【技术特征摘要】
1.一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、构建MATLAB核心单元船舶计划路径的数据文件由MATLAB核心代码单元加载，船舶的起始位置B点作为NED坐标系的原点，根据坐标原点定义相应的纬度和经度；按顺序，定义航点的更新速率，以及船舶应从无人机接收有关其航路的信息的时间；无人机的位置，速度和空中姿态信息用作解决二维优化问题的输入，假设无人机将飞行在恒定的高度；有关无人机的以下信息来自DUNE单元：●机体在地球坐标系中的起始位置A点，包括经度lat，纬度lon和高度alt；●机体运动中自身位置C点相对于NED坐标系原点B点的位置偏差(x,y,z)；●机体坐标系下二维线速度(u,v)；●机体横滚角φ，纵摇角θ，偏航角ψ；●机体坐标系下角速度(p,q,r)；船舶的起始位置B点用作NED坐标系的坐标原点，将无人机在大地坐标系下的位置C点转换为NED坐标系下的位置坐标D点；首先使用无人机所在的大地坐标系将无人机的纬度和经度坐标变换，然后将无人机所在的大地坐标的原点A点变换到船舶NED坐标系下船舶所在位置B点；无人机的大地坐标系的原点A点一次变换移动一公里距离，直至大地坐标系的原点A点移动到船舶所在的NED坐标系原点B点；所有坐标变换以1984年的世界大地测量系统WGS84作为参考椭球；在无人机控制优化问题中使用二维模型，利用(1)中欧拉角速率矢量与机体固定角速度矢量[p,q,r]T之间的关系计算偏航角速度；使用二维模型，从(1)获得的为实际偏航角速度r，将新r记作rnew无人机的位置和航向在NED坐标系中表示为pUAV＝[xUAV,yUAV,ψ]T(2)其中xUAV和yUAV水平位置，ψ是偏航角；机体坐标系下的速度和偏航角的变化率组成以下矢量vUAV＝[u,v,r]T(3)(2)与(3)式的关系为其中Rz(ψ)为机体坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭阳，高迪驹，周宇，刘涵，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31