一种结构化环境中的无人船自主导航方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种结构化环境中的无人船自主导航方法和系统，该无人船导航系统无需包括GPS、惯导等位置传感器模块，提出的方法和系统可实现未搭载位置传感器或位置传感器失效情况下的无人船航迹控制，通过如海事雷达或激光扫描仪等扫描式距离传感器获取无人船在结构化区域的信息，包括航向偏差和位置偏差信息，决策控制模块计算控制命令，高效率完成结构化区域下的巡航控制。

【技术实现步骤摘要】
一种结构化环境中的无人船自主导航方法和系统
本专利技术涉及航行器
，具体而言，涉及一种结构化环境中的无人船自主导航方法和系统。
技术介绍
随着科技的发展，无人船在如今海洋战略格局中占有越来越重要的地位，它集控制、通信和探测侦查等技术一体化，可应用于军事和民用领域，执行反恐侦查、打击目标、海上搜救和水位监测等任务，具有无人化、智能化、体积小、响应快、灵敏度高等特点，可以有效避免人员伤害并同时大幅削减人力成本。无人船是可以通过遥控或自主模式实现水面航行的无人化水面平台，可自主实现环境感知、目标探测，能够承担大范围、长时间和低成本的海洋作业任务，实现了作业无人化、智能化，不需要或者弱化了人的参与，将人从繁重的、强度高的水上任务中解放出来，水面作业更高效标准，实现多样化作业。无人船运动控制分为自动控制和遥控控制，自动控制是实现无人化操作的基础。在无人船系统中，其导航系统可分为自主式导航和非自主式导航(搭载GPS等位置测量系统)，由于无人艇被广泛应用于通信不发达的水域执行作业任务，容易发生北斗/GPS信号弱或位置传感器受干扰而失效的情况，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，包括：/nS100、规划结构化区域中无人船进行自主行驶的航段路径；/nS200、采用扫描式距离传感器获取无人船当前相对位置，计算出无人船的位置偏差和航向偏差；/nS300、通过一决策控制处理器为出现偏差的无人船计算生成还原控制命令，所述还原控制命令至少包括还原的转速和舵角；/nS400、输出转速和舵角信号至出现偏差的无人船动力装置，驱动无人船在航道中航行。/n

【技术特征摘要】
1.一种结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，包括：
S100、规划结构化区域中无人船进行自主行驶的航段路径；
S200、采用扫描式距离传感器获取无人船当前相对位置，计算出无人船的位置偏差和航向偏差；
S300、通过一决策控制处理器为出现偏差的无人船计算生成还原控制命令，所述还原控制命令至少包括还原的转速和舵角；
S400、输出转速和舵角信号至出现偏差的无人船动力装置，驱动无人船在航道中航行。


2.根据权利要求1所述的结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，在步骤S100中，规划结构化区域中无人船进行自主行驶的航段路径的步骤包括：确定无人船航行的结构化区域范围，设置每段航迹的起点和终点，将各航迹段相连生成连续的期望路径。


3.根据权利要求1所述的结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，在步骤S200中，计算无人船的位置偏差和航向偏差的步骤包括：
1)计算航向偏差
ψr为期望航线pipi+1上的期望航向，计算如式(1)：



式中，xi、yi为期望航线起点pi坐标值；xi+1、yi+1为期望航线的终点pi+1坐标值；上述值均为传感器坐标系上的值；
航向偏差ψe计算如式(2)所示，ψ为无人船当前航向；
ψe＝ψr-ψ(2)
2)计算位置偏差
位置偏差计算如式(3)：
de＝(dL-dR)/2(3)
式中，de为位置偏差；dL为无人船距航道左侧边界最短距离；dR为无人船距航道右侧边界最短距离。


4.根据权利要求1所述的结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，在步骤S300中，决策控制处理器为出现偏差的无人船计算生成还原控制命令，包括步骤：
根据航向偏差和位置偏差计算航迹控制需要的操舵值，具体如下式：
Frudder＝ktheta*ψe+kdist*de(4)
式中，Frudder为舵控制命令；ktheta为航向偏差控制参数；kdist为位置偏差控制参数。


5.根据权利要求1所述的结构化环境中的无人船自主导航方法，其特征在于，在输出转速和舵角信号至出现偏差的无人船动力装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦佳，邵宇平，刘之佳，杨咏林，
申请(专利权)人：四方智能武汉控制技术有限公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42