[发明专利]一种具有船舶避碰功能的航向自动舵控制系统

权利要求书

1.一种具有船舶避碰功能的航向自动舵控制系统，其特征在于，包括：

通过船载设备获取船舶的当前状态信息，计算最近会遇距离DCPA和到达最近会遇点时间TCPA的动态信息，结合本船和他船的航向及速度信息建立碰撞风险模型用于评估碰撞风险度的碰撞风险评估模块，用于船舶避碰操作的航向变化量且基于国际海上避碰规则COLREGS的避碰算法模块以及船舶自动驾驶航向控制模块；

所述船舶风险评估模块通过船载传感器获取本船和他船的位置信息，则所述他船相对所述本船的坐标和两船之间的距离为：

ΔX_(t)＝X_T(t)-X_(t)

ΔY_(t)＝Y_T(t)-Y_(t)；

其中，(X_T(t),Y_T(t))为他船当前位置坐标，(X_(t),Y_(t))为本船当前位置坐标；根据所述他船相对所述本船的坐标，则所述他船的真方位α_(t)为：

式中，ΔX_(t)表示两船之间的北向位置误差；ΔY_(t)表示两船之间的东向位置误差；Δα表示需要调节的航向变化量；

设他船和本船的速度分别为V_T和V，则他船相对本船速度在X轴，Y轴上的分量V_X(t)、V_Y(t)分别为：

V_X(t)＝V_Tcosψ_T-Vcosψ

V_Y(t)＝V_Tsinψ_T-Vsinψ；

其中：ψ表示本船的船舶航向，ψ_T表示他船的船舶航向；

则两船相对速度V_R(t)大小为：

通过相对速度在X轴，Y轴上的分量，计算相对速度方位ψ_R(t)为：

则最近会遇点距离DCPA和到达最近会遇点时间TCPA表示为：

DCPA＝R_(t)sin(ψ_R(t)-α_(t)-π)

TCPA＝R_(t)cos(ψ_R(t)-α_(t)-π)/V_R(t)；

四元数船舶领域由下述表达式给出：

QSD_p＝{(x,y)|f_p(x,y；Q)≤1,Q＝{R_fore,R_aft,R_starb,R_port},p≥1}；

其中，(x,y)表示障碍物相对本船的位置，R_fore、R_aft表示四元船舶领域的前、后半径，R_starb、R_port表示四元船舶领域的右、左半径，f(·)表示边界函数，即：

其中，p表示船舶领域参数，决定船舶领域的形状，1≤p；当p＝1时，则船舶域的边界是直线；当p＞1时，则船舶域的边界是曲线；参数Q表示船舶四元数领域参数，决定船舶领域的大小，Q表示为：

其中，L表示船舶的长度，A_D和D_T分别表示船舶的进距和回转的直径，K_AD和K_DT分别表示进距和回转直径与船长的比值，V表示本船的速度则：

基于四元数船舶领域，船舶碰撞危险度模型被定义为：

其中，CR表示碰撞危险度；r₀表示调节四元船舶领域半径的参数，决定四元船舶领域的四个半径，当碰撞危险度CR随着r₀的增加而增加；通过船舶碰撞危险度模型，计算船舶碰撞危险度，当危险高于阈值时，船舶通过避障算法计算船舶的新安全航向，当风险低于阈值时，船舶保持既定的航向。