[发明专利]基于惯性测量单元与GPS的自动导航方法

说明书

基于惯性测量单元与GPS的自动导航方法，包括：根据待监测区域选择监测点；根据监测点获取监测点坐标；根据监测点先后关系，选取第一个监测点作为目标点，根据目标点与当前航行位置坐标确定目标点相对于当前航行位置的距离和方位角；通过惯性测量单元获取航向后，再结合目标点的方位角，根据角度偏转函数计算出船体需要偏转的角度；根据导航算法进行航向优化，通过PID算法不断调整舵机旋转的角度，寻求航向与目标点方位角一致，直到到达目标点；选取下一个监测点作为目标点，继续航行，直到达到最终目标点。本发明用于监测区域的自动监测，根据设定的监测点进行最优路线航行，电池的利用更加合理化，更加方便快捷地进行监测，定位更加精确。

技术领域

本发明属于水环境监测领域，具体涉及一种基于惯性测量单元与GPS的自动导航方法。

背景技术

近20年来，受中国经济粗放式增长和人口增加等多种因素影响，水环境恶化趋势加剧、水污染事件频发，对经济发展和社会稳定构成严重威胁。松花江硝基苯泄露、太湖蓝藻、镇江货轮苯酚泄露等事件引起国内外广泛关注。对与人类生活密切相关的水环境进行监测可掌握水体污染物分布状况，探明各种污染物质，追溯污染物来源、途径、迁移转化和消长规律，预测水体污染变化趋势，为水环境质量评价和采取科学防治措施提供基础数据和决策依据。因此，水环境监测是水环境治理中不可缺少的一个重要环节。

随着信息技术发展，由监控中心和若干监测子站组成的水环境自动监测系统可对监测区域进行24小时实时监测，得到广泛应用，先后在太湖流域、滇池流域、巢湖、洱海、松花江等重点区域建成了水环境监控和预警系统。这些系统在实时监测水环境变化、及时发现污染事件和污染治理评价等方面发挥了重要作用，但也暴露出建设和运维成本高(建设一个水环境自动监测站点需数百万元，每个站点每年的运维费用也需约10万元)、监测站点位置固定、监测区域有限等不足。因此，国内外展开了遥控船的研究，手动控制船体驶向待监测点，到达待监测点后再手动控制船体采集水质，采集完水质后再手动控制船体驶向下一个待监测点，到达待监测点后再采集水质，如此循环往复后，当采集完最后一个待监测点的水质后，仍需手动将船体返回到站点。手动控制船体不仅耗时耗力，而且需要监测人员实时通过摄像头来观察船体的周围情况，看看是否到达目标点。由此可见，采集一次数据是很不方便的。因此我们开展了船体自动导航系统的研究，以降低监测时操作的复杂度并提高监测能力。研究人员引入多目标优化算法，将船头所需调转的方向作为优化目标，结合椭球几何两点间角度算法，椭球几何两点间距离算法、舵机智能控制算法、电机智能控制算法对自动导航系统进行优化。多目标优化算法综合考虑多个优化目标，目标在多次优化下得到最优值，取得了较好的优化结果。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于惯性测量单元与GPS的自动导航方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于惯性测量单元与GPS的自动导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据待监测区域选择监测点；

步骤二：根据监测点获取所有监测点坐标；

步骤三：根据监测点先后关系，选取第一个监测点作为目标点，根据目标点与当前航行位置坐标确定目标点相对于当前航行位置的距离和方位角；

步骤四：基于确定的距离和方位角，采用导航算法进行航向优化，直到到达目标点，选取下一个监测点作为目标点，继续航行，直到达到最终目标点。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

优选地，步骤一中，在待选择区域根据所需的监测情况，按照距离放置船位置的远近依次设定监测点。

优选地，步骤二中，根据用户设定的监测点，通过地图获取这些监测点的坐标，并将监测点的坐标作为无人船航行的目标点输出到无人船控制中心。