[发明专利]一种无人艇自主性能评估方法

摘要

一种无人艇自主性能评估方法，包括如下步骤：1)试验工具准备；2)水域选择；3)性能评估，包括自主路径规划性能评估、自主路径跟踪性能评估和自主避碰性能评估；4)采用以下无量纲公式分别评估自主路径规划性能、自主路径跟踪性能、自主避碰性能。同时还通过重复自主路径规划、自主路径跟踪、自主避碰开展n次，根据单次自主路径规划性能、单次自主路径跟踪性能、单次自主避碰性能获得最终的自主路径规划性能、自主路径跟踪性能、自主避碰性能。本发明将已转化为无量纲参数的长度与时间、轨迹误差和与时间、轨迹长度与时间进行比例组合，采用权重分配组合来开展无人艇自主性能综合评估，并提出具体评估流程，评估方法简洁易行、科学合理。

主权项

1.一种无人艇自主性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)试验工具准备：试验工具至少包括GPS或北斗、惯性设备以及录取设备和秒表，试验过程中不同无人艇使用精度相同的GPS或北斗以及惯性设备为自主控制系统提供位置和航向信息，同一录取设备录取无人艇航行轨迹坐标，同一秒表记录无人艇自主航行时间；(2)水域选择：根据无人艇自主性能主要由自主路径规划性能、自主路径跟踪性能、自主避碰性能综合决定，针对不同性能评估选择水域：自主路径规划性能评估只在电子海图上开展，选择电子海图上复杂的水域，即选择无人艇路径起点和目标点连线尽可能穿越多片陆地、多个岛礁；自主路径跟踪性能评估和自主避碰性能评估在实际水域开展，选择空旷的湖面或海面水域，水域面积根据实际情况而定；(3)性能评估：①自主路径规划性能评估在电子海图上选择无人艇路径起点M和路径目标点N，线段尽可能穿越不同陆地及岛礁，直线距离S₁至少150nmile；各无人艇根据给定的起点坐标和目标点坐标在电子海图上自主规划从起点至目标点之间的路径，规划过程中严禁人工干预，自主路径规划完成后在电子海图上显示规划出的路径并提取各节点坐标，理论自主路径规划时间记为t₁，同时计算各节点路径总长度ΔS₁，并记录总规划时间Δt₁；②自主路径跟踪性能评估将GPS或北斗布置在无人艇舱外相同位置处，录取设备固定在舱内，GPS或北斗与录取设备连接，以10Hz频率录取经纬度坐标，无人艇从起点出发时刻记为t₂₁，到达目标点时刻记为t₂₂，无人艇起点和目标点之间距离S₂，自主路径跟踪过程中最高航速限定为V₂，从起点至目标点的最短时间记t₂＝S₂/V₂；记录从起点至目标点，自主路径跟踪过程中无人艇跟踪轨迹坐标；试验结束后，进行数据处理，剔除轨迹坐标中的奇异值，之后计算各实际跟踪轨迹坐标与各理论跟踪轨迹坐标之差μ_k，k＝1,2,...,m，m为实际录取的轨迹点总数，并记录总规划时间Δt₂；③自主避碰性能评估在空旷水域内设置无人艇起点和目标点，其直线距离为S₃，在起点与目标点连线中心处布置障碍物，障碍物上放置反射体；将GPS或北斗布置在无人艇舱外相同位置处，录取设备固定在舱内，GPS或北斗与录取设备连接，以10Hz频率录取经纬度坐标，无人艇从起点出发时刻记为t₃₁，到达目标点时刻记为t₃₂，航行过程中最高航速限定为V₃，从起点至目标点的最短时间记t₃＝S₃/V₃，无人艇从起点至目标点自主航行过程中，根据传感器所探测的障碍物距离、方位，局部重新规划路径以自主避开障碍物，记录从起点至目标点过程中无人艇轨迹坐标；试验结束后，进行数据处理，剔除轨迹坐标中的奇异值，之后计算轨迹点总长度ΔS₃，并记录总规划时间Δt₃；(4)评估方法采用以下无量纲公式分别评估自主路径规划性能Γ_{rou_plan}、自主路径跟踪性能Γ_{rou_trac}、自主避碰性能Γ_{anti_coll}：其中，0≤σ₁,σ₃,σ₅≤1，0≤σ₂,σ₄,σ₆≤1，σ₁+σ₂＝1，σ₃+σ₄＝1，σ₅+σ₆＝1，Δt₂＝t₂₂‑t₂₁，Δt₃＝t₃₂‑t₃₁。