[发明专利]流速自适应的无人船自主规划路径和运动精确跟踪方法

权利要求书

1.流速自适应的无人船自主规划路径和运动精确跟踪方法，其特征在于：

无人船通过其上设置的GPS定位器实时传输所述无人船的经纬度位置及高程信息至基站，在基站端对无人船的经纬度位置及高程信息进行计算和对无人船的航行艏向角和速度进行调控；

选定无人船的作业区域，并根据无人船的检测宽度进行航行间距划分，将选定的多边形的作业区域切割成条状；

计算所述作业区域内最远的直线距离，以规划区域离所述无人船最近的端点为起点，向所述规划区域内部生成间隔大小为无人船扫描宽度的大于等于2个平行线，根据无人船作业方向设置切割线的方向，所述规划区域为手动点击输入的一个要作业的多边形作业区域；

通过一条直线与多边形相交判定算法来计算切割线与多边形的交点，通过交点把原线段分成大于等于2个段线，一条切割线与多边形的两个交点分别为一段规划线的起点和终点；同理，大于等于2条切割线与多边形的相交得到大于等于2段规划线，逐个将每段规划线的终点和最近一条线的起点依次连接成一条完整的规划路径；

对无人船在规划路径跟踪过程中进行速度控制，在直线运行时采用匀加速到设定航速，当无人船将要到达拐点或终点时进行减速；

采用调整艏向角和跟踪虚拟航线的方式使无人船跟踪规划路径。

2.根据权利要求1所述的流速自适应的无人船自主规划路径和运动精确跟踪方法，其特征在于：以时间周期T来不断计算无人船艏向角，根据无人船与规划线的位置关系来计算无人船艏向角，其具体计算公式如下；

v_it＝(x_t-x_i，y_t-y_i) (1)

v_i(i+1)＝(x_i+1-x_i，y_i+i-y_i) (2)

(x_los，y_los)为制导点坐标，(x_t，y_t)为无人船位置，l为前视距离，为手动设定的参数，α为当前无人船参考艏向角，v_it为点(x_i，y_i)到无人船位置(x_t，y_t)的向量，v_i(i+1)为跟踪路径线段向量，(x_p，y_p)为无人船与路径的垂点；Δ_p(i+1)为垂点到线段末端的长度；根据上述艏向角控制规则不断的调整艏向角α，直到无人船的垂直于航线的分速度等于水流的分速度，无人船在外力作用下稳定运行形成固定偏移D；

当无人船的规划路径的航线或水流方向改变时，无人船按照调控艏向角α的方法来调整无人船船体的艏向角达到稳定航向，所述稳定航向，指无人船的垂直距离D变化幅度为0时的无人船的船体艏向角α。

3.根据权利要求2所述的流速自适应的无人船自主规划路径和运动精确跟踪方法，其特征在于：在调控艏向角α过程中，由于无人船的惯性存在左右震荡，为了防止无人船在调控过程中震荡，采用预先调节，时间周期T的计算无人船艏向角和采集转向角速度；根据无人船角速度大小对无人船进行预控制，促使无人船平滑过渡到稳定跟踪，预艏向角调节方法如下：

β＝(D-D_old)*k (8)

α_d＝α-β，|β|＜|α| (9)

其中，D_old为上周期垂直距离，α_d为采用预艏向控制后的期望艏向角，k为增益系数。