[发明专利]一种海洋石油支持船水面目标跟踪方法及系统

权利要求书

1.一种海洋石油支持船水面目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动水面目标跟踪模块，并对水面目标跟踪功能进行初始化；

S2、获取水面目标平台位置信息以及海洋石油支持船的相对位置信息和初始艏向信息，并将位置跟踪数据和艏向跟踪数据导入海洋石油支持船控制器；

S3、通过水面目标跟踪模块选择跟踪模式，包括位置跟踪、艏向跟踪和位姿跟踪；

S4、海洋石油支持船控制器开始运行跟踪模式，跟踪水面目标平台，并实时更新水面目标平台位置数据；

S5、根据设定的目标跟踪模式，相应进行位置跟踪轨迹计算、艏向跟踪轨迹计算或位姿跟踪轨迹计算，得到跟踪路径点；

S6、根据跟踪路径点计算结果，通过动力定位模块计算得到总推力及推力分配；

S7、海洋石油支持船根据得到的跟踪路径点和推力进行水面目标跟踪，完成实际工程任务。

2.根据权利要求1所述的一种海洋石油支持船水面目标跟踪方法，其特征在于，所述位置跟踪的实现方法为：在保持海洋石油支持船的航向不变的前提下，同时保持海洋石油支持船与水面目标平台的相对位置不变；

所述艏向跟踪的实现方法为：海洋石油支持船不随平台移动，仅跟随艏向；

所述位姿跟踪的实现方法为：所述位姿跟踪为位置跟踪和艏向跟踪的的结合，在启动前记录相对水面目标平台的作业窗口位置和水面目标平台艏向，当水面目标平台的位置和艏向发生变化后，海洋石油支持船自动跟踪作业窗口和艏向。

3.根据权利要求1所述的一种海洋石油支持船水面目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤S6计算得到推力之后，即完成一次计算循环，输出计算结果的同时，返回步骤S4，继续进行下一次计算循环。

4.根据权利要求1所述的一种海洋石油支持船水面目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过动力定位功能模块计算得到总推力及推力分配的具体方法为：

首先，通过海洋石油支持船控制器中的动力定位模块计算出船舶总推力；

海洋石油支持船数学模型为：

式中，表示船舶实际位置及艏向值，为η的导数，x、y、分别表示船舶横坐标、纵坐标以及航向角值，υ＝[u v r]^T表示船舶实际速度及转弯速率，为υ的导数，u、v、r分别表示纵荡速度、横荡速度以及艏摇速度，为坐标系转换矩阵，τ＝[τ₁ τ₂ τ₃]^T，其中τ₁、τ₂、τ₃分别为海洋石油支持船推进器控制输入前进力矩，横漂力矩及艏摇力矩组成的控制向量；d＝[d₁ d₂ d₃]^T，其中d₁、d₂、d₃分别为海洋石油支持船在附体坐标系下环境扰动引起的横向干扰力矩、纵向干扰力矩及艏向干扰力矩组成的外部环境扰动向量；M为海洋石油支持船重量惯性和水动力附加惯性组成的矩阵；C(υ)为科里奥利矩阵；D为线性水动力阻尼参数矩阵；

采取以下控制系统设置过程：

定义海洋石油支持船位置误差的向量z₁∈R³：

z₁＝η-η_d (3)

式中，为船舶期望位置及艏摇角组成的向量；采用虚拟控制量α₁∈R³：

式中，k₁∈R^3×3为设计的正定参数对角阵；联立式(3)得到：

重新定义船舶速度误差向量z₂∈R³：

z₂＝ν-ν_d (6)

式(7)中存在外部环境扰动d，但在实际情况下很难准确测出，因此采用控制率：

式中，sgn(z₂)＝diag(sgn(z₂-1),sgn(z₂,2),sgn(z₂,3))∈R³；d^*为未知外部环境扰动d的上界向量；k₂∈R^3×3为设计正定参数对角阵；用于消除耦合项；

为了避免出现系统抖振问题，修正控制率为：

对于海洋石油支持船各推进器的推力分配，按照下面伪逆法进行计算：

f＝w^-1P^TA^T(APw^-1P^TA^T)^-1τ (10)

式中，f为扩展推力，矩阵A和P由推进器类型和位置决定，w为各推进器权重矩阵；其中A^T为矩阵A的转置，w为正定对角阵。