【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上搜救，具体而言，尤其涉及一种基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法。
技术介绍
1、海上运输在国际贸易中发挥了重要作用。但是，由复杂的海洋环境和逐渐拥挤的航道等原因引起的海上事故发生，其造成的损失不容忽视。海上搜救行动是挽救事故中人员和财产的最后一道防线，实施及时有效地搜救行动对减少人员伤亡和财产损失至关重要。
2、海上搜救行动中，横移线搜寻是一种经典的覆盖搜寻方法，其搜寻区域常常设定为一个矩形，并要求船舶从搜索区域的一个角作为搜寻起点，沿矩形短边来回保持等间距搜寻。
3、然而，现有的横移线搜寻法存在着一定的不足之处，该方法中存在许多具有角度的拐点。但是船舶无法跟随传统横移线搜寻方法进行直角转弯，无法进行完全跟踪，会降低搜寻效率。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，以解决现有横移线搜寻方法中存在许多具有角度的拐点的技术问题。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，包括如下步骤：
4、使用贝塞尔曲线在拐点处生成离散形式的参考点；
5、使用三次样条插值方法对得到的参考点进行连接，生成光滑的参考路径；
6、建立三自由度的船舶运动数学模型；
7、将光滑的参考路径输入至制导系统中，利用视线制导方法得到期望航向角；
8、利用滑模控制方法设计艏摇方
9、设定船舶参考纵向速度，通过设计纵向上的主推进力使得船舶的纵向速度逼近船舶参考纵向速度。
10、进一步地，所述贝塞尔曲线为二阶贝塞尔曲线，所述二阶贝塞尔曲线具有如下形式：
11、
12、其中，pigt(t＝1,2,3)是用来生成第i(i＝1,2,...,k)艘船第g(g＝1,2,...,m)个曲线段的贝塞尔曲线控制点；为保证相邻两条搜寻路径之间的距离等于扫视宽度w，将第i艘船的控制点设置为pigt＝[x1gt,y1gt+(i-1)w]，如第一艘船的控制点设置为p1gt＝(x1gt,y1gt)；考虑路径的起始点和结束点可以将第i艘船的参考点集合表达为如下形式：
13、
14、其中，n为贝塞尔曲线在每个曲线段处生成的参考点的数量。
15、进一步地，所述三次样条插值方法的公式为：
16、
17、其中，ai＝[ai3,ai2,ai1,ai0]t和bi＝[bi3,bi2,bi1,bi0]t为多项式系数，其值通过参考点合集πi和三次样条插值方法计算获得；综上基于贝塞尔曲线和三次样条插值获得不具有拐点的可微分的参考路径[xip,yip]。
18、进一步地，所述三自由度的船舶运动数学模型如下：
19、
20、
21、其中，(xi,yi)为船舶位置，ψi为船舶艏摇角，ui为船舶前进速度，vi为横移速度，ri为艏摇角速度；常数mi11，mi22，mi33为包含附加质量的船舶惯性；常数项diu，diu2，diu3，div，div2，div3，dir，dir2，dir3为水动力阻尼系数；τiu和τir代表控制系统的输入。
22、进一步地，所述视线制导系统为：
23、
24、其中，为路径的切向角，并且uip为虚拟输入，且有
25、船舶纵向误差和横向误差可以定义为
26、
27、对式(9)求导，可以得到
28、
29、式(10)中将期望航向角设计为
30、
31、式(11)中δi为前向距离，式(10)可以改写为如下形式
32、
33、为稳定纵向跟踪误差，将uip设计为
34、
35、式(13)中κi1是设计参数，并且κi1≥0，定义如下形式的李雅普诺夫方程
36、
37、对上式求导，并且将式(12)和式(13)带入到结果中，可以得到
38、
39、由vil≥0，可知该闭环系统稳定。
40、进一步地，艏摇方向上的转动力矩τir的获取步骤为：
41、船舶航向角误差可以表示为：
42、zir＝ψi-ψid (16)
43、定义滑模面为：
44、
45、其中，ci1为设计参数，且ci1≥0，对滑模面公式求导，可以得到：
46、
47、将艏摇方向上的转动力矩τir设计为：
48、
49、其中，ki和ηi1为设计参数，并且满足ki≥0，ηi1≥0；
50、考虑如下形式的李雅普诺夫函数：
51、
52、对李雅普诺夫函数求导，并将控制输入公式带入结果中，可以得到：
53、
54、根据vir≥0和可以得到闭环系统稳定。
55、进一步地，纵向上的主推进力的获取步骤为：
56、定义船舶参考纵向速度为uid，则船舶纵向速度误差可以定义为：
57、ziu＝ui-uid (22)
58、纵向上的主推进力τiu设计为：
59、τiu＝mi11[-ci2ziu-fiu-ηi2sign(ziu)] (23)
60、其中，ci2和ηi2为设计参数，并且满足ci2≥0，ηi2≥0；
61、考虑如下李雅普诺夫函数：
62、
63、对李雅普诺夫函数求导，并将控制输入τiu带入到结果中，可以得到：
64、
65、根据viu≥0和可以得到闭环系统稳定。
66、本专利技术还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述任一项基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法。
67、本专利技术还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述任一项基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法。
68、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
69、本专利技术提出的改进横移线搜寻方法将贝塞尔曲线引入到传统横移线搜寻方法中，可以规避传统横移线搜寻方法中的拐点，从而生成光滑的参考路径，这更利于船舶跟随参考路径进行搜寻。
70、本专利技术设计了基于视线制导的滑模控制器，可以控制多艘船舶进行自主协同搜寻，有效地节省搜寻时间，具有更高的效率。
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1.一种基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述贝塞尔曲线为二阶贝塞尔曲线，所述二阶贝塞尔曲线具有如下形式：
3.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述三次样条插值方法的公式为：
4.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述三自由度的船舶运动数学模型如下：
5.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述视线制导系统为：
6.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，艏摇方向上的转动力矩τir的获取步骤为：
7.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，纵向上的主推进力的获取步骤为：
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1至7中
9.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述权利要求1至7中任一项权利要求所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述贝塞尔曲线为二阶贝塞尔曲线，所述二阶贝塞尔曲线具有如下形式：
3.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述三次样条插值方法的公式为：
4.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述三自由度的船舶运动数学模型如下：
5.根据权利要求1所述的基于改进横移线搜寻的多船海上协同搜寻控制方法，其特征在于，所述视线制导系统为：
6.根据权利要求1所述...
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