【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人艇控制领域，尤其涉及到一种水面无人艇的高精度自守位协同探测方法。
技术介绍
1、在现代海洋探索与监测领域，利用无人艇(unmanned surface vehicles)进行海洋数据采集、监视和侦察任务已成为一种高效、低成本的手段。随着海洋资源的开发利用和海洋环境保护的需求日益增长，对无人艇技术提出了更高的要求。
2、高精度自守位是指无人艇能够在没有外部干预的情况下，通过自身的定位系统和动力系统，精确控制和维持其在水面的特定位置或预设航线上。这一能力对于执行精确的海洋科学研究、环境监测、海底地形测绘等任务至关重要。传统的自守位技术依赖于卫星导航系统(如gps)进行定位，但在某些环境下(如极地海域、密集的船舶区域或深海峡谷等)，gps信号可能受到干扰或完全丧失，这就要求无人艇必须具备更高级的自守位技术，如利用惯性导航系统(ins)与gps的组合、声呐定位系统等，以提高自守位的精度和可靠性。
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在无人船航行过程中受外部扰动或故障影响，导致无人艇导航精度不足，缺少长期精确自守位能力，给无人艇守卫系统带来不可估量的后果。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，解决了现有无人艇守卫技术不够精确，循迹导航能力不足的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，包括以下步骤：>
4、获取无人艇当前坐标、采集范围坐标、无人艇当前艏向信息、无人艇当前位姿信息和采集范围内点云数据，对其进行特征提取和滤波处理；
5、在采集范围坐标内选取一个预设工作点，利用处理过的无人艇当前坐标和无人艇当前艏向信息基于los算法得到无人艇导航策略，利用处理过的采集范围内点云数据基于vo算法得到无人艇避障策略，根据所述无人艇导航策略和所述无人艇避障策略控制无人艇运动并得到更新后的无人艇当前坐标、无人艇当前艏向信息、无人艇当前位姿信息；
6、进行水下通信及探测工作后重复上述步骤；
7、预先设定偏离阈值，当无人艇当前坐标与预设工作点坐标之间的距离超过所述偏离阈值时，利用无人艇当前坐标和预设工作点坐标得到守位导航策略，返回预设工作点。
8、优选的是，所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法中，
9、根据预设工作点的位置生成目标路径为：
10、pn(xn,yn)pn+1(xn+1,yn+1)pn+2(xn+2,yn+2)；
11、其中xn,yn表示无人船的位置坐标；
12、以ob为圆心、rlos＝nl(n>1)为半径的圆弧与目标路径pnpn+1交点中距离pn+1更近的一个交点作为plos点，其中l为无人艇的船长；
13、计算plos点，公式为：
14、
15、
16、根据rlos和无人艇相对航线的实时侧偏误差e，可求得：
17、
18、注意ψg为一个绝对角度，对应无人艇需转向的角度控制量则为δψg＝ψg-ψ；
19、针对航线切换问题，即当无人艇趋近于目标点pn+1时，目标路径需要由pnpn+1切换至pn+1pn+2；
20、当无人艇进入以pn+1为圆心r0为半径的接纳圆内，即时，开始进行目标路径的切换；
21、将e作为一个系统状态变量，于是定义新的状态变量为
22、系统模型为：
23、
24、其中干扰项可表示为ω＝[ητ1 ητ2 ητ3 ητ4]t；τ1，τ2，τ3，τ4∈[-1,1]是标准分布的随机数，η为干扰强度系数。
25、优选的是，所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法中，
26、针对无人艇避障算法，假定障碍速度不确定性度量为δvb和δφb，对δvb和δφb进行离散处理，分别离散成n和m份；
27、障碍物的实际速度可以看成是一个速度集合：
28、
29、在无人艇的参考速度空间中，将障碍物的速度vb叠加到无人艇上后，即可将障碍物看作是静止的；
30、以障碍物速度大小的不确定量δvb为半径做圆即可等效为障碍物在速度不确定性条件下的速度集合。将uvo区域等效为障碍物在一个确定的速度vb'下得到的，由此将障碍速度不确定性转化为确定性，定义为；
31、vb'＝vb+δvb'
32、
33、其中δvb'表示原vo区域和uvo区域顶点之间的速度矢量；
34、uvo区域可以定义为：
35、
36、其中
37、优选的是，所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法中，
38、所述水面无人艇上搭载有gps、惯性导航、激光雷达以获取无人艇当前坐标、采集范围坐标、无人艇当前艏向信息、无人艇当前位姿信息和采集范围内点云数据；
39、所述水面无人艇上还设置有可见光传感器、导航雷达和ais传感器。
40、优选的是，所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法中，所述采集范围内点云数据包括障碍物、海面船只和浪涌信息。
41、优选的是，所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法中，
42、所述水面无人艇的艇首甲板上设置有绞车，所述绞车采用电机驱动，且所述绞车的缆绳头端设置有水下通讯器；
43、所述水下通讯器下放最大深度为50米；
44、所述水下通讯器初始布放在所述水面无人艇前端的直径150mm的通海井中。
45、本专利技术具有以下有益效果：
46、通过控制无人艇各设备与地面控制中心建立通信连接，实现信息共享与传递，协同探测任务的实时决策；
47、通过对传感器数据的精准处理与分析，实现水面无人艇在协同探测任务中的高精度定位及有效路径规划；
48、在无人艇导航方面，本专利技术采用基于los算法的无人艇航迹制导计算方法，los导航具有目标跟踪精确、计算简便等优势，在导弹拦截跟踪控制、水下航行器和船舶路径跟随控制领域应用较多，并且取得了较好的导航效果；
49、在无人艇避障方面，采用vo法进行避障，能够快速计算出避障策略，适合需要实时反应的应用场景；并可以根据不同的应用场景调整参数；通过预测障碍物的运动轨迹，可以提前预测和避免可能的碰撞，增强了无人艇自守卫系统的安全性。
50、本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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1.水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，根据预设工作点的位置生成目标路径为：
3.如权利要求2所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，针对无人艇避障算法，假定障碍速度不确定性度量为ΔvB和ΔφB，对ΔvB和ΔφB进行离散处理，分别离散成N和M份；
4.如权利要求3所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，所述水面无人艇上搭载有GPS、惯性导航、激光雷达以获取无人艇当前坐标、采集范围坐标、无人艇当前艏向信息、无人艇当前位姿信息和采集范围内点云数据；
5.如权利要求4所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，所述采集范围内点云数据包括障碍物、海面船只和浪涌信息。
6.如权利要求5所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，所述水面无人艇的艇首甲板上设置有绞车，所述绞车采用电机驱动，且所述绞车的缆绳头端设置有水下通讯器；
【技术特征摘要】
1.水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，根据预设工作点的位置生成目标路径为：
3.如权利要求2所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于，针对无人艇避障算法，假定障碍速度不确定性度量为δvb和δφb，对δvb和δφb进行离散处理，分别离散成n和m份；
4.如权利要求3所述的水面无人艇的高精度自守位协同探测方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑建勇，郄彤彤，杨皓麟，张磊，雷之楮，谢龙，胡凯，李渊，黄孔阳，于锦程，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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