[发明专利]基于模型船的欠驱动无人船编队结构

摘要

本发明提供一种基于模型船的欠驱动无人船编队结构，包括若干条设置于模拟航道中的模型船，模拟航道中设置有模拟环境因素；其中一条模型船为主船，其它模型船为从船；主船上设有主船仿真控制系统，从船上设有从船仿真控制系统，岸基上设有定位信息监控系统，主船仿真控制系统、从船仿真控制系统和定位信息监控系统通过网络连接；定位信息监控系统包括用于捕捉模型船上标志灯从而对所有模型船进行图像识别定位的岸基摄像头，和对岸基摄像头采集的图像进行识别处理、得到主、从船定位信息的计算机。本发明降低大型船舶编队实验的难度和成本，为大型船舶编队操作控制提供例证，最终为船舶安全编队航行完成各种任务提供重要保障。

主权项

1.一种基于模型船的欠驱动无人船编队结构，其特征在于：包括若干条设置于模拟航道中的模型船，模拟航道中设置有模拟环境因素；其中一条模型船为主船，其它模型船为从船；主船上设有主船仿真控制系统，从船上设有从船仿真控制系统，岸基上设有定位信息监控系统，主船仿真控制系统、从船仿真控制系统和定位信息监控系统通过网络连接；定位信息监控系统包括用于捕捉模型船上标志灯从而对所有模型船进行图像识别定位的岸基摄像头，和对岸基摄像头采集的图像进行识别处理、得到主、从船定位信息的计算机；主船仿真控制系统用于采集主船的航行状态和模拟环境因素信息，根据主、从船的航行状态和定位信息和模拟环境因素信息，计算主船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令，控制主船的舵和螺旋桨，并且按预设的从船航线与主船航线的关系确定从船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令，发送给从船仿真控制系统；从船仿真控制系统用于采集从船航行状态和模拟环境因素信息给主船仿真控制系统，从主船仿真控制系统接收从船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令，控制从船的舵和螺旋桨；所述的主船仿真控制系统包括主船环境感知子系统和主船运动控制子系统；其中主船环境感知子系统用于采集主船的航行状态和模拟环境因素信息；主船运动控制子系统包括主船上位机、主船下位机和主船控制机构；主船上位机用于根据主、从船的航行状态和定位信息和模拟环境因素信息，进行航行规划，得出主船的跟踪航线、设定航速及设定航向，建立航向跟踪模型和轨迹跟踪模型，根据主船的模型船航行状态，与主船的跟踪航线、设定航速及设定航向进行比较，得出航线偏差、航向偏差及航速偏差，航向跟踪模型和轨迹跟踪模型结合航线偏差、航向偏差及航速偏差，计算主船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令，并且按预设的从船航线与主船航线的关系确定从船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令；主船下位机用于解析主船下一步航行所需的舵角和螺旋桨转速指令，生成主船的舵机控制信号和螺旋桨控制信号；主船控制机构用于根据主船下位机得到的控制信号控制主船的舵机和螺旋桨；所述的从船仿真控制系统包括从船环境感知子系统和从船运动控制子系统；其中从船环境感知子系统用于采集从船航行状态和模拟环境因素信息；从船运动控制子系统包括从船上位机、从船下位机和从船控制机构；从船上位机用于接收从船航行状态和模拟环境因素信息并发送给主船仿真控制系统，接收主船仿真控制系统发送来的从船下一步航行所需的舵角及螺旋桨转速指令；从船下位机用于解析从船下一步航行所需的舵角和螺旋桨转速指令，生成从船的舵机控制信号和螺旋桨控制信号；从船控制机构用于根据从船下位机得到的控制信号控制从船的舵机和螺旋桨；主船标志灯设置为圆形，船首和船尾的颜色不相同，从而区分出船首和船尾，两个主船标志灯的连线的中心表征主船的形心；从船标志灯设置为方形，船首和船尾的颜色不相同，从而区分出船首和船尾。