一种基于感知数据的无人船航行状态控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113917930A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111331128.2(22)申请日2021.11.11(71)申请人中国船舶重工集团公司第七一九研究所地址430205湖北省武汉市江夏区藏龙岛开发区杨桥湖大道19号(72)发明人罗南杭丁玮颜子杰胡芳禹杜恩武(74)专利代理机构武汉领君知识产权代理事务所(普通合伙)42248代理人汪俊锋(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于感知数据的无人船航行状态控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于感知数据的无人船航行状态控制方法，包括获取无人船在航行过程中的感知数据，根据感知数据计算当前时刻的无人船状态数据；根据无人船状态数据生成局部海图；提取环境目标特征与已知环境目标特征进行匹配，利用匹配的最优环境目标特征对生成的局部海图进行更新；利用更新后的局部海图对无人船航行状态进行控制。本发明通过对多传感器信息的感知数据进行融合，并利用感知数据进行局部海图的生成及更新过程，从而实现对无人船航行状态进行控制，提高无人船自主航行的实时性和准确性；并且采用航向保持性能和航迹跟踪性能对无人船自主航行性能进行评估，进一步提高了无人船自主航行和准确性。CN113917930ACN113917930A权利要求书1/2页1.一种基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取无人船在航行过程中的感知数据，根据感知数据计算当前时刻的无人船状态数据；根据无人船状态数据生成局部海图；提取环境目标特征与已知环境目标特征进行匹配，利用匹配的最优环境目标特征对生成的局部海图进行更新；利用更新后的局部海图对无人船航行状态进行控制。2.根据权利要求1所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述感知数据包括无人船在航行过程中的多传感器数据。3.根据权利要求2所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述多传感器数据具体包括：航行环境参数、水面船舶参数、限制区域与碍航物参数、本艇航行参数、及海洋环境参数；其中，航行环境参数具体包括海岸、港口、码头、助航设施信息；水面船舶参数具体包括水面船舶分类、形状、速度、方位信息；限制区域与碍航物参数具体包括岛礁、水面漂浮物、跨海电缆、危险浅点、沉船、暗礁的形状、速度、方位信息；本艇航行参数具体包括本艇航行的位置、航速、航向、位姿信息；海洋环境参数具体包括风向、风速、水流、浪涌、水温、盐度信息。4.根据权利要求1所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述根据无人船状态数据生成局部海图具体包括：根据当前时刻的无人船状态数据和设定的系统输入控制参数计算得到下一时刻的无人船状态数据。5.根据权利要求1所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述提取环境目标特征与已知环境目标特征进行匹配，利用匹配的最优环境目标特征对生成的局部海图进行更新，具体包括以下分步骤：基于雷达探测模型将当前时刻雷达探测到的环境目标和雷达探测参数以极坐标的形式转化为雷达探测图像；采用尺度不变特征转换算法对雷达探测图像进行特征提取，得到环境目标特征；将提取的环境目标特征与已知环境目标特征进行匹配，并选择显著性最大的环境目标特征作为新的环境目标特征对生成的局部海图进行更新。6.根据权利要求5所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述新的环境目标特征表示为：式中，表示当前时刻t探测的环境目标i的特征，(xi，yi)表示环境目标i的全局坐标，(xr，yr)表示当前时刻t无人船的全局坐标，表示当前时刻t无人船航向与海图中x轴的夹2CN113917930A权利要求书2/2页角，表示当前时刻t探测的环境目标i的距离噪声，表示当前时刻t探测的环境目标i的方位噪声。7.根据权利要求1至6任一所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，所述方法还包括：对无人船在自主航行系统控制下的航向保持性能和航迹跟踪性能进行评估；判断航向保持性能评估值和航迹跟踪性能评估值是否均小于设定阈值；若是，继续利用更新后的局部海图对无人船航行状态进行控制；否则，重新获取无人船在航行过程中的感知数据。8.根据权利要求7所述的基于感知数据的无人船航行状态控制方法，其特征在于，对无人船在自主航行系统控制下的航向保持性能进行评估，具体包括以下分步骤：分别计算无人船在自主航行系统控制下的航向偏差平滑度、航行时间和能量消耗值；分别对计算的航向偏差平滑度、航行时间和能量消耗值进行归一化处理；采用线性加权求和法计算无人船在自主航行系统控制下的航向保持性能评估值。9.根据权利要求7所述的基于感知数据的无