一种无人船艇的智能通信导航系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种无人船艇的智能通信导航系统及方法，所述系统通过实际距离计算单元实时地计算无人船艇与目标船之间的实际距离，并通过距离比较单元对实际距离和预设距离阈值进行比较，一旦该实际距离小于预设距离阈值，对无人船艇进行航向的调整，以避开目标船，实现安全跟踪；在小于距离阈值的情况下，进一步考虑周围环境风速风向对无人船艇速船向的影响，从而避免在风速过大情况下，无人船艇快速接近目标船，导致两船碰撞的情况，或是在风速过大且风向偏离无人船艇航向过大，从而影响无人船艇偏离目标船的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种无人船艇的智能通信导航系统及方法
本专利技术涉及航行器自动跟踪
，尤其涉及一种无人船艇的智能通信导航系统及方法。
技术介绍
无人船艇是一种无人操作的水面舰艇，由于其具有体积小、成本低、操作便捷等优点，已经成为无人运载器领域研究的一大热点，受到各国海洋研究方面的重视。而协同自主航行控制是无人船艇区别于有人操纵船舶的核心技术之一。无人船艇协同控制方法的关键技术有两点：协同航行中，当无人船艇距离目标船较近时，需要做避障处理；无人船艇与目标船的距离大于避障距离时，按照协同算法进行常规导航跟踪目标船。目前，航向控制方法是利用传统的PID协同控制算法，将航向保持作为自动控制目标，使船舶能够自动跟随给定的航向，或将航向纳入自主控制的范围，进行闭环控制，但对航速控制不及时不自主，不能对航速进行及时自主的调节，且对避障情况单独分析较少，易造成控制不及时不精准。专利技术专利CN108646766A公开了一种基于协同控制的无人船安全跟踪方法及跟踪系统，能够解决对航速控制不及时不准确的问题，但其未将无人船艇所处环境的风速因素考虑其中。当遇到环境突发的风速过大情况下，可能发生无人船艇受风速风向的影响快速接近目标船，导致两船相撞的情况，或是无人船艇快速偏离目标船情况。因此，急需提供一种无人船艇的智能通信导航系统及方法。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无人船艇的智能通信导航系统及方法，该系统及方法能够实时地计算无人船艇与目标船之间的实际距离，一旦该实际距离小于预设距离阈值，使无人船艇及时避开目标船。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供的无人船艇的智能通信导航方法，包括以下步骤：无人船艇通信模块将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；目标船定位模块通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数据处理模块；风速风向仪将事实检测到的无人船艇所处环境下的风速、风向等参数发送给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块根据目标船运动参数、无人船艇定位模块发回的无人船艇运动参数，以及风速风向仪发回的风速、风向参数，计算得到无人船艇控制信号，并发送至无人船艇遥测控模块；无人船艇遥测控模块根据无人船艇控制信号实时调整无人船艇的跟踪轨迹。进一步地，无人船艇数据处理模块根据目标船运动参数和无人船艇定位模块发回的无人船艇运动参数计算得到无人船艇控制信号，包括以下步骤：实时接收无人船艇和目标船的运动参数并解析出无人船艇和目标船的位置数据；根据无人船艇和目标船的位置数据实时计算无人船艇与目标船之间的实际距离；接收该实际距离并与预设距离阈值进行比较：1.当该实际距离小于预设距离阈值时：计算无人船艇与风向之间的角度△θ0，以及风速与无人船艇的相对速度V(V＝V风/V船)，当相对速度小于或等于第一预设值V1时，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；当所述相对速度大于第一预设值V1、小于第二预设值V2，且所述角度△θ0小于或等于第一预设角度θ1时，控制无人船艇减速后，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；当所述相对速度大于第一预设值域V1、小于第二预设值V2，且所述角度△θ0大于第一预设角度θ1时，控制无人船艇加速后，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；当所述相对速度大于第二预设值V2，且所述角度△θ0小于第一预设角度θ1时，控制人船停速后，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；当所述相对速度大于第二预设值V2，且所述角度大于或等于第一预设角度θ1时，控制人船加速后，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；当所述相对速度大于第二预设值，且所述角度大于或等于第一预设角度时，控制无人船艇加速后，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；进一步地，所述第一预设值为0.5，所述第二预设值为1。进一步地，所述第一预设角度可以为90o。2.当该相对距离大于预设距离阈值时，判断无人船艇与目标船之间的相对位置或相对舷角是否变化；根据相对位置或相对舷角是否变化创建航路点并发送至无人船艇遥测控系统。进一步地，无人船艇数据处理模块根据目标船运动参数，无人船艇定位模块发回的无人船艇运动参数以及风向风速仪发回的风向、风速参数计算得到无人船艇控制信号，还包括：实时解析无人船艇对水速度和无人船艇航向差；根据无人船艇对水速度和无人船艇航向差计算无人船艇的期望速度，并将无人船艇的期望速度发送至无人船艇遥测控系统，以实时调整无人船艇的速度。进一步地，所述无人船艇的智能通信导航方法，还包括：目标船定位模块将实时的目标船运动参数发送给控制中心。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供的无人船艇的智能通信导航系统，包括：无人船艇通信模块，用于将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块，用于控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；目标船定位模块，用于通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数据处理模块；风速风向仪，用于检测无人船艇所处环境下的风速、风向；无人船艇数据处理模块，用于根据目标船运动参数、无人船艇定位模块以及风速风向仪发回的无人船艇运动参数、风速、风向计算得到无人船艇控制信号，并发送至无人船艇遥测控模块；无人船艇遥测控模块，用于根据无人船艇控制信号实时调整无人船艇的跟踪轨迹。进一步地，无人船艇数据处理模块包括：运动参数解析单元，用于实时接收无人船艇和目标船的运动参数并解析出无人船艇和目标船的位置数据；实际距离计算单元，用于根据无人船艇和目标船的位置数据实时计算无人船艇与目标船之间的实际距离；距离比较单元，用于接收该实际距离并与预设距离阈值进行比较；实际角度计算单元，用于当该实际距离小于预设距离阈值时，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；速度计算单元，用于当该实际距离小于预设距离阈值时，计算风速与无人船艇速的相对值；设定船速计算单元，用于根据所述无人船艇与风速之间的角度、风速与无人船艇速的相对值设定船速并发送至无人船艇遥测控系统；设定航向计算单元，用于根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；相对位置变化判断单元，用于当该相对距离大于预设距离阈值时，判断无人船艇与目标船之间的相对位置是否变化；相对舷角变化判断单元，用于当该相对距离大于预设距离阈值时，判断无人船艇与目标船之间的相对舷角是否变化；航路点创建单元，用于根据相对位置或相对舷角是否变化创建航路点并发送至无人船艇遥测控系统。进一步地，所述无人船艇的智能通信导航系统，还包括：无人船艇摄像装置，用于实时采集无人船艇运动参数；其中，无人船艇通信模块，还用于将无人船艇运动参数实时传输至目标船，使得目标船及时调整航行轨迹。进一步地，无人船艇数据处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人船艇的智能通信导航系统，其特征在于，包括：无人船艇通信模块，用于将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块，用于控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；目标船定位模块，用于通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数据处理模块；风速风向仪，用于检测无人船艇所处环境下的风速、风向；无人船艇数据处理模块，用于根据目标船运动参数、无人船艇定位模块以及风速风向仪发回的无人船艇运动参数、风速、风向计算得到无人船艇控制信号，并发送至无人船艇遥测控模块；无人船艇遥测控模块，用于根据无人船艇控制信号实时调整无人船艇的跟踪轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种无人船艇的智能通信导航系统，其特征在于，包括：无人船艇通信模块，用于将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块，用于控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；目标船定位模块，用于通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数据处理模块；风速风向仪，用于检测无人船艇所处环境下的风速、风向；无人船艇数据处理模块，用于根据目标船运动参数、无人船艇定位模块以及风速风向仪发回的无人船艇运动参数、风速、风向计算得到无人船艇控制信号，并发送至无人船艇遥测控模块；无人船艇遥测控模块，用于根据无人船艇控制信号实时调整无人船艇的跟踪轨迹。2.根据权利要求1所述的无人船艇的智能通信导航系统，其特征在于，无人船艇数据处理模块包括：运动参数解析单元，用于实时接收无人船艇和目标船的运动参数并解析出无人船艇和目标船的位置数据；实际距离计算单元，用于根据无人船艇和目标船的位置数据实时计算无人船艇与目标船之间的实际距离；距离比较单元，用于接收该实际距离并与预设距离阈值进行比较；实际角度计算单元，用于当该实际距离小于预设距离阈值时，计算无人船艇与风速之间的角度、无人船艇与目标船之间的实际角度；速度计算单元，用于当该实际距离小于预设距离阈值时，计算风速与无人船艇速的相对值；设定船速计算单元，用于根据所述无人船艇与风速之间的角度、风速与无人船艇速的相对值设定船速并发送至无人船艇遥测控系统；设定航向计算单元，用于根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；相对位置变化判断单元，用于当该相对距离大于预设距离阈值时，判断无人船艇与目标船之间的相对位置是否变化；相对舷角变化判断单元，用于当该相对距离大于预设距离阈值时，判断无人船艇与目标船之间的相对舷角是否变化；航路点创建单元，用于根据相对位置或相对舷角是否变化创建航路点并发送至无人船艇遥测控系统。3.根据权利要求2所述的无人船艇的智能通信导航系统，其特征在于，还包括：无人船艇摄像装置，用于实时采集无人船艇运动参数；其中，无人船艇通信模块，还用于将无人船艇运动参数实时传输至目标船，使得目标船及时调整航行轨迹。4.根据权利要求3所述的无人船艇的智能通信导航系统，其特征在于，无人船艇数据处理模块还包括：期望速度计算单元，用于根据无人船艇对水速度和无人船艇航向差计算无人船艇的期望速度，并将无人船艇的期望速度发送至无人船艇遥测控系统，以实时调整无人船艇的速度，其中，运动参数解析单元，还用于实时解析无人船艇对水速度和无人船艇航向差。5.一种运用权利要求1所述的一种无人船艇的智能通信导航系统进行的无人船艇的智能通信导航方法，其特征在于：所述无人船艇通信模块将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；所述无人船艇数据处理模块控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；所述目标船定位模块通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海峰，张桂玲，王荣杰，张兴杰，陈景锋，王佳，宋佳声，林忠华，林安辉，林昌，熊超，许大光，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建,35