[发明专利]一种无人船自动航迹规划方法

权利要求书

1.一种无人船自动航迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过定位设备获得无人船自身的经纬度和航向，通过AIS接收器获得其余船舶的距离和航向；

2)计算出每艘所述其余船舶与所述无人船之间的最近会遇时间TCPA和最近会遇距离DCPA；

3)建立危险度判断模型，通过所述危险度判断模型判断是否处于危险状态，如果危险则开启下一步避碰行为，否则不实施避碰行为；

4)进行所述其余船舶与所述无人船的会遇局面划分及行为决策；

5)建立无人船运动目标规划模型；

6)约束所述步骤5)所建立的无人船运动目标规划模型；

7)将所述约束后的模型加入混合整数线性规划器中，由混合整数线性规划器获得规划间隔时间内无人船的期望转向角及无人船的期望速度；

8)将所述期望转向角和所述期望速度输入到航行控制器中，通过所述航行控制器输出发动机的转速和舵角，使无人船达到期望的航向和航速；

9)检测是否达到目标，如果达到则结束，否则进行下一规划周期，重复所述步骤1-9)，直至达到所述目标，结束所述无人船自动航迹规划；

所述步骤5)中对无人船运动目标规划模型的建模方法，包括以下步骤：

S1：将所述无人船所在位置以点U表示，将一艘所述其余船舶的路径视为一个圆，圆心为O，所述无人船的速度矢量为V_U，一艘所述其余船舶的速度矢量为V_O，所述无人船与一艘所述其余船舶的相对速度为V_UO，V_UO＝V_U-V_O，计算一艘所述其余船舶所形成的障碍半径R，R＝V_U/Δγ_UO，避碰角Δγ_UO为所述相对速度V_UO矢量与L_UO形成的避碰角度，所述L_UO为所述无人船朝着一艘所述其余船舶的圆心O的速度矢量：

S2：建立碰撞区域

S3：计算避碰角Δγ_UO，公式如下：

所述ΔV_UO为所述无人船在避碰所需的规划时间T内的相对速度增量；所述ρ为碰撞危险度；

S4：计算碰撞时间τ，所述即当相对速度处于碰撞区时，所述无人船与一艘所述其余船舶O的碰撞时间；

S5：计算碰撞危险度ρ，所述ρ＝(a×DCPA)²+(b×TCPA)²，其中所述a为所述最近会遇距离DCPA的权值，所述b为所述最近会遇时间TCPA的权值；

S6：计算所述无人船避碰所需的规划时间

S7：所述无人船按照所述S4步骤计算的碰撞时间点τ和所述S5步骤得到的碰撞危险度ρ得到所述S6步骤的避碰所需的规划时间T；并根据所述S5步骤评估的碰撞危险度ρ，进行所述S3步骤的避碰角Δγ_UO的角度计算，得到所需的避碰角Δγ_UO，按照所需的规划时间T和所需的避碰角Δγ_UO选择行进期望速度和期望方向来进行无人船运动目标规划，最终脱离所述碰撞区域C_UO。

2.根据权利要求1所述的一种无人船自动航迹规划方法，其特征在于，所述步骤S1中的障碍半径R等于与其会遇的所述其余船舶的安全距离，所述安全距离取决于所述无人船的在避碰所需的规划时间T内的相对速度增量ΔV_UO和转向率。

3.根据权利要求1所述的一种无人船自动航迹规划方法，其特征在于，所述步骤2)中的最近会遇距离DCPA＝|UO|sin(|Δγ_UO|)，其中所述UO为所述无人船与一艘所述其余船舶的距离。

4.根据权利要求1所述的一种无人船自动航迹规划方法，其特征在于，所述步骤2)中的最近会遇时间TCPA＝|UO|cos(|Δγ_UO|/|ΔV_UO|)，其中所述UO为所述无人船与一艘所述其余船舶的距离，所述ΔV_UO为所述无人船在避碰所需的规划时间T内的相对速度增量。