[发明专利]一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统

说明书

本发明公开了一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，包括：待测试的航行自主控制器，用于按照无人艇通信协议分别与无人艇运动学模型以及无人艇操控软件进行通信；仿真模型建立模块，用于建立无人艇运动学模型和影响无人艇运动的环境模型；障碍目标仿真模块，用于根据障碍目标的经纬度、航速、航向、大小、障碍类型，模拟无人艇感知系统输出的障碍目标报文；自主航行控制算法评估模块，用于根据无人艇自主航行控制任务对自主航行控制算法进行评估。本发明通过建立无人艇本艇模型、环境模型、模拟目标模型，使无人艇自主航行控制器在没有实艇的状态下进行调试及评估；并且软件硬件定型后可直接用于实艇，加快无人艇软硬件开发迭代速度。

技术领域

本发明涉及仿真控制技术，尤其涉及一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统。

背景技术

随着军、民无人艇技术的发展，无人艇自主控制器成为无人艇技术的核心，用于支持无人艇在各种任务场景下的动作。随着无人艇的使用场景的不断增加和变换，无人艇的使用环境变得更加的复杂，无人艇自主控制算法的开发、调试以及部署问题变得异常的复杂。比如，当无人艇自主控制系统需要满足10条以上无人艇避障任务时，无人艇的避障算法需要在实际试验中多次迭代调试，才能固化为稳定版本。然而，每增加一次类似的任务，无人艇自主航控系统的开发、调试以及部署代价是高昂的、无法接受的，这将极大的制约无人艇实艇在实际任务中的普及以及自身算法的迭代速度。为使自主航控系统能力尽快的满足不同任务场景及复杂环境，必须尽可能少的依赖实物环境(比如实艇、实际目标等)，以保证开发人员可以在不受场地及资源的影响下开发、调试及部署相应算法。

为此，就需要针对之前主要依赖的实物环境进行建模，构建一种不依赖实物的仿真环境，但是依然保持真实的航行控制器、真实岸端操控软件以及真实的通信协议。自主控制器开发人员可以完全与实艇一样通过岸端操控软件下达任务、监控船端状态等；可以与实艇中一样的自主控制器硬件上开发及调试软件。一致的通信协议，可以让调试人员在于实艇上相同的软件环境中进行开发，并在完成后直接部署在实艇上而不需要进行修改。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，包括：

待测试的航行自主控制器，用于按照无人艇通信协议分别与无人艇运动学模型以及无人艇操控软件进行通信；所述无人艇操控软件为航迹跟踪算法、动态避障算法、目标跟踪算法在内的自主航行控制算法运行软件；

仿真模型建立模块，用于建立无人艇运动学模型和影响无人艇运动的环境模型；

所述无人艇运动学模型的模型输入为无人艇操控软件按照规定协议输出的期望航向及期望航速；无人艇运动学模型的模型输出为向航行自主控制器输出当前航速、航向、经纬度信息；

障碍目标仿真模块，用于根据障碍目标的经纬度、航速、航向、大小、障碍类型，模拟无人艇感知系统输出的障碍目标报文；

自主航行控制算法评估模块，用于根据无人艇自主航行控制任务对自主航行控制算法进行评估；所述无人艇自主航行控制任务包括航迹跟踪、动态避障及目标跟踪任务；

所述自主航行控制算法评估模块包括：

航迹跟踪算法评估子模块，用于根据每个控制周期T获取一次规划航迹数据、模拟障碍目标数据和无人艇状态数据对航迹跟踪算法进行评估；

评估值的计算方式为：