[发明专利]一种信息高度集成化的水下航行控制台及航行控制方法

权利要求书

1.一种信息高度集成化的水下航行控制台，其特征在于，包括：柜体、加固计算机、通讯模块及功能面板；

所述加固计算机通过所述通讯模块和所述功能面板与其他设备实现信息交互与共享，并对操艇系统、电力系统和推进系统运行状态信息进行综合处理、记录及显示，实现航路规划和航迹跟踪；

所述功能面板由推进电机遥控模块、均衡潜浮模块、操舵模块、应急显示模块及自检报警模块组成，其中，所述推进电机遥控模块用于实现推进电机的远程控制和状态采集，所述均衡潜浮模块用于实现潜器的均衡和潜浮控制，所述操舵模块用于实现潜器的操舵控制，所述应急显示模块用于计算机故障或失去主电后的目标参数信息应急显示，所述自检报警模块用于水下航行控制台的自检，并能在运行过程中对系统越线参数进行报警；

所述加固计算机包括航路规划模块；

所述航路规划模块，用于设计基于航行安全性和最短时间的目标函数，进而采用图像搜索算法完成目标航路的规划；

由确定航行安全性建立目标函数，其中，p表示规划的航迹路径中的航迹点，obs表示距离p最近障碍物，dis函数是计算p与obs之间的距离，其中，基于航行安全性建立的目标函数越小，潜艇目标路径距离障碍物和危险区越远；

在满足安全性基础上，由建立最短航行时间的目标函数，其中，基于最短航行时间的目标函数越小，总路程越短，航行时间也越短，i表示规划的航迹路径中的第i个航迹点，dis(p(i),p(i+1))表示第i个航迹点p(i)与第i+1个航迹点p(i+1)之间的距离。

2.根据权利要求1所述的控制台，其特征在于，所述加固计算机包括航迹控制模块；

所述航迹控制模块用于由舵角控制环、航向控制环和制导环组成航迹控制，通过航迹误差得出航向控制指令，通过航向误差得出舵角控制指令，最后由舵角闭环完成控制。

3.根据权利要求2所述的控制台，其特征在于，所述加固计算机包括航迹跟踪模块；

所述航迹跟踪模块用于在初始进入时，按照预设速度返回航迹；在直线段航迹时按要求精度保持航迹；在转向时按照所述预设速度跟踪新航迹，并使航迹偏差小于预设偏差值。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的控制台，其特征在于，所述控制台还包括：电源模块及加固液晶显示屏；

所述电源模块用于为所述加固计算机提供电源；所述加固液晶显示屏用于显示各系统设备参数。

5.一种信息高度集成化的水下航行控制方法，其特征在于，包括：

设计基于航行安全性和最短时间的目标函数，进而采用图像搜索算法完成目标航路的规划；

由舵角控制环、航向控制环和制导环组成航迹控制，通过航迹误差得出航向控制指令，通过航向误差得出舵角控制指令，最后由舵角闭环完成控制；

由确定航行安全性建立目标函数，其中，p表示规划的航迹路径中的航迹点，obs表示距离p最近障碍物，dis函数是计算p与obs之间的距离，其中，基于航行安全性建立的目标函数越小，潜艇目标路径距离障碍物和危险区越远；

在满足安全性基础上，由建立最短航行时间的目标函数，其中，基于最短航行时间的目标函数越小，总路程越短，航行时间也越短，i表示规划的航迹路径中的第i个航迹点，dis(p(i),p(i+1))表示第i个航迹点p(i)与第i+1个航迹点p(i+1)之间的距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述由舵角控制环、航向控制环和制导环组成航迹控制，通过航迹误差得出航向控制指令，通过航向误差得出舵角控制指令，最后由舵角闭环完成控制，包括：

由制导环将综合导航系统得到的航迹信息与规划的航线比较，获取当前时刻的航迹偏差信息，通过航迹算法得到航向控制指令，并将所述航向控制指令发送给航向控制环以消除航迹偏差；

所述航向控制环则将罗经采集的航向信息与所述制导环送来的所述航向控制指令指示的航向进行比较，发出舵角控制指令给舵角控制环以消除航向偏差；

所述舵角控制环驱动舵机，使实际舵角与所述舵角控制指令指示的舵角一致，从而实现了潜器的航迹控制。