【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轨迹跟踪控制系统和轨迹跟踪方法，具体为一种无人船轨迹跟踪方法、轨迹跟踪控制系统及使用方法。
技术介绍
1、轨迹跟踪算法的研究和开发受到了广泛关注，因为它们对于实现各种无人移动系统的高精度和高可靠性运行至关重要。一个有效的轨迹跟踪算法能够确保船舶能够准确、可靠地沿着预定路径进行移动，即使在遇到意外障碍或环境条件突变时也能快速调整路径。高效的轨迹跟踪算法不仅可以减少人为操作错误，还能在紧急情况下提供更可靠的自动化响应，从而保障船舶和船员的安全，同时提高港口作业的效率。
2、无人船航迹跟踪的准确性在很大程度上依赖于制导算法，该算法计算目标转向角，并作为航向控制系统的输入。在制导系统中，通常采用los(视线制导)算法，用于直线跟踪，尤其是在无障碍物、平坦地形的情况下。los算法能够找到全局最优解，生成平滑的路径，因此在直线或近似直线的航迹规划问题上表现较为优越。l1算法(l1制导算法)在曲线跟踪问题上更具灵活性。其特征选择能力允许在高维空间中选择适当的特征，更好地适应曲线的形状。
3、在无人船运动过程中，艏向角误差随着目标点的更换而发生变化，当艏向角误差较大时，需要通过调整舵角下发指令，以改变无人艇的运动方向，从而减小艏向角误差，确保船舶能够跟踪至目标点。然而，由于无人船自身的运动特性和外界干扰，容易发生超调甚至回转运动。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种无人船轨迹跟踪方法、轨迹跟踪控制系统及使用方法，以便在跟踪过程中更加
2、技术方案：一种无人船轨迹跟踪方法包括以下步骤：
3、s1、计算艏向角误差θe；
4、s2、判断θe误差范围，并判断使用何种制导算法；
5、s3、计算船舶当前位置，判断是否跟踪到目标点；
6、s4、若没有跟踪到目标点，则重复s1～s3，若跟踪到目标点，则切换到下一个期望目标点；
7、s5、判断上述目标点是否为终点，若是则结束算法，若否，则重复s1～s4。
8、所述θe误差范围的判断方法为：
9、
10、其中，a、b分别为算法切换的阈值，当θe∈((b，π)∪(-π，-b)时，采用l1算法；当θe∈(-a，a)时，采用los算法；当θe∈((-b，-a)∪(a，b))时，将采用ll算法。
11、所述ll算法是对los算法和l1算法的输出，进行加权融合，使用混合权重来组合los和l1算法的艏向角调整量，得到最终的输出艏向角调整量。
12、所述ll算法具体为：
13、使用混合权重来组合los和l1算法的艏向角调整量，得到最终的输出headadjust如下：
14、headadjust＝wlos*headlos+wl1*headl1
15、其中，wlos和wl1是los和l1算法的混合权重，headlos和headl1是los和l1算法的艏向角调整量；混合权重函数为：
16、
17、wl1＝1-wlos
18、其中，c为控制权重函数陡峭度系数；θ0是权重函数的转折点阈值。
19、一种无人船轨迹跟踪控制系统，包括：指控系统、智能决策模块、数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块，所述指控系统与智能决策模块连接，所述智能决策模块依次与数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块依次连接，所述轨迹跟踪控制模块与指控系统连接。
20、所述智能决策模块用于选择无人船航行模式，包括自主航行模式和人工辅助模式。
21、所述导航模块包括全局路径规划和局部路径规划，用于实现无人船路径规划。
22、所述轨迹跟踪控制模块包括轨迹跟踪和pid控制器，实现无人艇的路径跟踪及轨迹优化调节。
23、所述数据处理模块包括数据采集传感器和数据处理，数据采集传感器为多种传感器组成的感知系统，用于获取实时数据。
24、一种无人船轨迹跟踪控制系统的使用方法，包括以下步骤：
25、s1、指控中心输入起点位置和终点位置，并发送给无人艇；
26、s2、无人船接受指令后选择航行模式，利用多种传感器组成的感知系统获取到的实时数据，通过数据处理模块对采集到的数据进行处理；
27、s3、在已知的起点位置和终点位置之间进行全局路径规划和局部路径规划，并制定最佳航行路线；
28、s4、轨迹跟踪模块获取到最佳航行路线信息后，进行数据解析，计算艏向角误差，再根据误差范围判断使用相应的制导算法；
29、s5、运动控制模块获取到无人船航行的艏向变化数据时，计算出相应的控制指令，完成对路径的跟踪功能；
30、s6、判断船舶与外界的位置信息，指控中心接收无人船发送的指令后，计算无人艇当前位置和障碍物之间的最近距离，并下达航速指令和航向指令给无人船完成避让动作；
31、s7、无人船和指控中心进行通信，收到指令之后对其进行处理后发送到相应的单元模块，指控中心实时接收无人船航行路线信息。
32、有益效果：本专利技术结合使用los算法和l1算法(简称ll)，充分发挥各自的优势，解决更为复杂和多样化的路径跟踪问题，使得无人系统能够按照预定的路径进行精确移动，不仅提高了操作效率，还大大增强了安全性；通过全新的轨迹跟踪控制方法控制无人艇，使其在航行过程中提高循迹的准确率和精度，提高无人艇对复杂环境的适应能力、对突发情况的响应速度，以及在保持路径精度和稳定性方面的能力。
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1.一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述θe误差范围的判断方法为：
3.根据权利要求2所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述LL算法是对LOS算法和L1算法的输出，进行加权融合，使用混合权重来组合LOS和L1算法的艏向角调整量，得到最终的输出艏向角调整量。
4.根据权利要求3所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述LL算法具体为：
5.一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括：指控系统、智能决策模块、数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块，所述指控系统与智能决策模块连接，所述智能决策模块依次与数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块依次连接，所述轨迹跟踪控制模块与指控系统连接。
6.根据权利要求5所述的一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述智能决策模块用于选择无人船航行模式，包括自主航行模式和人工辅助模式。
7.根据权利要求5所述的一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述导航模块包括全局路径规划和局部
8.根据权利要求5所述的一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述轨迹跟踪控制模块包括轨迹跟踪和PID控制器，实现无人艇的路径跟踪及轨迹优化调节。
9.根据权利要求5所述的一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据采集传感器和数据处理，数据采集传感器为多种传感器组成的感知系统，用于获取实时数据。
10.一种基于权利要求5～9任一项所述的无人船轨迹跟踪控制系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述θe误差范围的判断方法为：
3.根据权利要求2所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述ll算法是对los算法和l1算法的输出，进行加权融合，使用混合权重来组合los和l1算法的艏向角调整量，得到最终的输出艏向角调整量。
4.根据权利要求3所述的一种无人船轨迹跟踪方法，其特征在于，所述ll算法具体为：
5.一种无人船轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括：指控系统、智能决策模块、数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块，所述指控系统与智能决策模块连接，所述智能决策模块依次与数据处理模块、导航模块和轨迹跟踪控制模块依次连接，所述轨迹跟踪控制模块与指控系统连接。
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