一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统.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CN113625720A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110952444.5(22)申请日2021.08.19(71)申请人中国舰船研究设计中心地址430064湖北省武汉市武昌区紫阳路268号(72)发明人张逸凡闫红州唐李军岳林刘凯(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人胡建平李丹(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统(57)摘要本发明公开了一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，包括：待测试的航行自主控制器，用于按照无人艇通信协议分别与无人艇运动学模型以及无人艇操控软件进行通信；仿真模型建立模块，用于建立无人艇运动学模型和影响无人艇运动的环境模型；障碍目标仿真模块，用于根据障碍目标的经纬度、航速、航向、大小、障碍类型，模拟无人艇感知系统输出的障碍目标报文；自主航行控制算法评估模块，用于根据无人艇自主航行控制任务对自主航行控制算法进行评估。本发明通过建立无人艇本艇模型、环境模型、模拟目标模型，使无人艇自主航行控制器在没有实艇的状态下进行调试及评估；并且软件硬件定型后可直接用于实艇，加快无人艇软硬件开发迭代速度。CN113625720ACN113625720A权利要求书1/2页1.一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，其特征在于，包括：待测试的航行自主控制器，用于按照无人艇通信协议分别与无人艇运动学模型以及无人艇操控软件进行通信；所述无人艇操控软件为航迹跟踪算法、动态避障算法、目标跟踪算法在内的自主航行控制算法运行软件；仿真模型建立模块，用于建立无人艇运动学模型和影响无人艇运动的环境模型；所述无人艇运动学模型的模型输入为无人艇操控软件按照规定协议输出的期望航向及期望航速；无人艇运动学模型的模型输出为向航行自主控制器输出当前航速、航向、经纬度信息；障碍目标仿真模块，用于根据障碍目标的经纬度、航速、航向、大小、障碍类型，模拟无人艇感知系统输出的障碍目标报文；自主航行控制算法评估模块，用于根据无人艇自主航行控制任务对自主航行控制算法进行评估；所述无人艇自主航行控制任务包括航迹跟踪、动态避障及目标跟踪任务。2.根据权利要求1所述的无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，其特征在于，所述自主航行控制算法评估模块包括：航迹跟踪算法评估子模块，用于根据每个控制周期T获取一次规划航迹数据、模拟障碍目标数据和无人艇状态数据对航迹跟踪算法进行评估；评估值的计算方式为：其中，m1为从起始点至终点设置的观测点个数；un为第n个观测点处无人艇实际位置与规划位置的偏差；umax为整段航迹中的最大偏差值；Δt为从起始点至终点的总耗时；S为从起始点至终点的总长度；σ1，σ2，σ3为加权比例系数，其中σ1+σ2+σ3＝1并且0≤σ1，σ2，σ3≤1；动态避障算法评估子模块，用于根据每个控制周期T获取一次规划航迹数据、模拟障碍目标数据和无人艇状态数据对航迹跟踪算法进行评估；评估值的计算方式为：其中，m2为从起始点至终点的模拟障碍目标数量；gn为本艇距离第n个模拟障碍目标的距离；r为避障半径；gmin为整段避障中的距离模拟障碍最近距离；Δt为从起始点至终点的总耗时；S为从起始点至终点的总长度；σ4，σ5，σ6为加权比例，其中σ4+σ5+σ6＝1并且0≤σ4，σ5，σ6≤1；目标跟踪算法评估子模块，用于根据每个控制周期T获取一次规划航迹数据、模拟障碍目标数据和无人艇状态数据对目标跟踪算法进行评估；评估值的计算方式为：2CN113625720A权利要求书2/2页其中，m3为从稳定跟踪后，无人艇脱离跟踪区域的次数；tn为第n次偏离跟踪区域的时间；Δtl为稳定跟踪后到结束状态所花时间；Δts为从发现目标到第一次稳定跟踪状态所花事假；σ7，σ8为加权比例，其中σ7+σ8＝1并且0≤σ7，σ8≤1。3.根据权利要求1所述的无人艇自主航行控制算法仿真评估系统，其特征在于，所述无人艇运动的环境模型为环境干扰量对无人艇产生的运动干扰；定义无人艇受到的环境干扰力矩τd，τd＝τwi+τstr+τwa式中，τwi、τstr、τwa分别代表着风、浪、流对无人艇的干扰转矩。3CN113625720A说明书1/9页一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统技术领域[0001]本发明涉及仿真控制技术，尤其涉及一种无人艇自主航行控制算法仿真评估系统。背景技术[0002]随着军、民无人艇技术的发展，无人艇自主控制器成为无人艇技术的核心，用于支持无人艇在各种任务场景下的动作。随着无人艇的使用场景的不断增加和变换，无人艇的使用环境变得更加的复杂，无人艇自主控制算法的开发、调试以及部署