[发明专利]基于船舶稳性的自动舵连续路径生成系统及方法

权利要求书

1.基于船舶稳性的自动舵连续路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据伯恩斯坦多项式曲线定义多项式二维系数，根据船舶沿曲线航行时船舶速度的绝对值，在笛卡尔坐标系中定义基本多项式曲线，根据生成新航行路径时船舶的最大舵角不超过最大舵角限制值的基本多项式曲线定义最优多项式曲线，根据船舶的航向变化角度定义允许最优多项式曲线；

步骤2，获取参数：最大舵角限制值、航向变化角度值和船舶速度的绝对值，根据参数和第一公式计算船舶在最优多项式曲线的曲线边界上航行的第一曲率半径，根据参数和第二公式计算船舶在最优多项式曲线的内部航行的第二曲率半径，取第一曲率半径与第二曲率半径的最大值作为最小容许曲率半径；

步骤3，根据获取的航向变化角度值、最小容许曲率半径、起点的点坐标、起点的切线方向计算航行后终点的切线方向、终点的标点坐标和终点的切线长度，以起点的点坐标、起点的切线方向、起点的切线长度、终点的点坐标、终点的切线方向和终点的切线长度确定边界参数；

步骤4，根据步骤3的边界参数计算多项式二维系数，以该多项式二维系数的集合作为执行航迹的路径。

2.根据权利要求1所述的基于船舶稳性的自动舵连续路径生成系统及方法，其特征在于：所述步骤1中，将航向变化角度值表示为：Δφ；将船舶速度的绝对值表示为：U＝|ν₀|；将当船舶速度为U时保证船舶稳性的最大舵角限制值表示为：δ_max；船舶纵向运动模型的微分方程为：ω'＝F(δ,ω)，其中ω为船体在水平面上的转向角速度，δ为船舶实际舵角；

将起点和终点的曲率为零的五次伯恩斯坦多项式曲线P₅(u)表示为：

其中，为具有更高稳定性的五次伯恩斯坦多项式，u的取值范围为u∈[0,1]，从五次伯恩斯坦多项式曲线中得到多项式二维系数{A₀,A₁,A₂,A₃,A₄,A₅}；

将船舶沿预设曲线航行时的船舶速度U设为预设值，在笛卡尔坐标系中，基本多项式曲线由以下参数唯一确定：{r₀,α₀,d₀,c₀,r₁,α₁,d₁,c₁}，其中：

r₀和r₁为多项式曲线的起点和终点的坐标，α₀和α₁为多项式曲线的起点和终点的切线方向，d₀和d₁为多项式曲线的起点和终点的切线长度，c₀和c₁为多项式曲线的起点和终点的曲率值，且α₁＝α₀+Δφ，α₀＝arctg(ν_0x/v_0y)，c₀＝0，c₁＝0。

3.根据权利要求2所述的基于船舶稳性的自动舵连续路径生成方法，其特征在于：所述步骤1中，所述最优多项式曲线为确定基本多项式曲线中d₀、r₁、d₁三个参数的值，将船舶速度的绝对值U和最大舵角限制值δ_max设为已知，指定终点的点坐标，将基本多项式曲线设置成具有轴对称性，则起点和终点的切线长度d₀＝d₁，通过求解船舶向新航向过渡路径的最小曲率半径R_m，且最小曲率半径R_m不小于船舶纵向运动模型的微分方程的值，计算r₁的值，得到最优多项式曲线。