[发明专利]一种无人船艇的智能通信导航系统及方法

说明书

本发明涉及一种无人船艇的智能通信导航系统及方法，所述系统通过实际距离计算单元实时地计算无人船艇与目标船之间的实际距离，并通过距离比较单元对实际距离和预设距离阈值进行比较，一旦该实际距离小于预设距离阈值，对无人船艇进行航向的调整，以避开目标船，实现安全跟踪；在小于距离阈值的情况下，进一步考虑周围环境风速风向对无人船艇速船向的影响，从而避免在风速过大情况下，无人船艇快速接近目标船，导致两船碰撞的情况，或是在风速过大且风向偏离无人船艇航向过大，从而影响无人船艇偏离目标船的情况。

技术领域

本发明涉及航行器自动跟踪技术领域，尤其涉及一种无人船艇的智能通信导航系统及方法。

背景技术

无人船艇是一种无人操作的水面舰艇，由于其具有体积小、成本低、操作便捷等优点，已经成为无人运载器领域研究的一大热点，受到各国海洋研究方面的重视。而协同自主航行控制是无人船艇区别于有人操纵船舶的核心技术之一。无人船艇协同控制方法的关键技术有两点：

协同航行中，当无人船艇距离目标船较近时，需要做避障处理；无人船艇与目标船的距离大于避障距离时，按照协同算法进行常规导航跟踪目标船。

目前，航向控制方法是利用传统的PID协同控制算法，将航向保持作为自动控制目标，使船舶能够自动跟随给定的航向，或将航向纳入自主控制的范围，进行闭环控制，但对航速控制不及时不自主，不能对航速进行及时自主的调节，且对避障情况单独分析较少，易造成控制不及时不精准。

发明专利CN 108646766 A公开了一种基于协同控制的无人船安全跟踪方法及跟踪系统，能够解决对航速控制不及时不准确的问题，但其未将无人船艇所处环境的风速因素考虑其中。当遇到环境突发的风速过大情况下，可能发生无人船艇受风速风向的影响快速接近目标船，导致两船相撞的情况，或是无人船艇快速偏离目标船情况。

因此，急需提供一种无人船艇的智能通信导航系统及方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无人船艇的智能通信导航系统及方法，该系统及方法能够实时地计算无人船艇与目标船之间的实际距离，一旦该实际距离小于预设距离阈值，使无人船艇及时避开目标船。

根据本发明的一个方面，本发明提供的无人船艇的智能通信导航方法，包括以下步骤：无人船艇通信模块将控制中心发送的跟踪启动信号发给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块控制无人船艇通信模块建立与目标船通信模块之间的跟踪通信信道；目标船定位模块通过跟踪通信信道将实时的目标船运动参数发送给无人船艇数据处理模块；风速风向仪将事实检测到的无人船艇所处环境下的风速、风向等参数发送给无人船艇数据处理模块；无人船艇数据处理模块根据目标船运动参数、无人船艇定位模块发回的无人船艇运动参数，以及风速风向仪发回的风速、风向参数，计算得到无人船艇控制信号，并发送至无人船艇遥测控模块；无人船艇遥测控模块根据无人船艇控制信号实时调整无人船艇的跟踪轨迹。

进一步地，无人船艇数据处理模块根据目标船运动参数和无人船艇定位模块发回的无人船艇运动参数计算得到无人船艇控制信号，包括以下步骤：

实时接收无人船艇和目标船的运动参数并解析出无人船艇和目标船的位置数据；根据无人船艇和目标船的位置数据实时计算无人船艇与目标船之间的实际距离；接收该实际距离并与预设距离阈值进行比较：

1.当该实际距离小于预设距离阈值时：

计算无人船艇与风向之间的角度△θ₀，以及风速与无人船艇的相对速度V(V＝V_风/V_船)，当相对速度小于或等于第一预设值V1时，计算无人船艇与目标船之间的实际角度；根据该实际角度计算无人船艇的设定航向并发送至无人船艇遥测控系统；