[发明专利]基于改进LOS引导算法的船舶航迹控制方法

说明书

本发明涉及基于改进LOS引导算法的船舶航迹控制方法，该方法包括以下几个步骤：1、船舶在已设定航迹点生成的路径上沿某一直线航迹段航行时，由船舶的导航模块得到其实时航行信息；2、实际轨迹与规划路径之间航迹偏差超出可接受偏差d′，则运行改进的LOS引导算法计算得到期望航向；若否，保持船舶原有规划航迹航行；3、重复步骤2直至航迹偏差在可接受偏差内。本发明将改进的LOS引导算法应用于船舶航迹跟踪控制领域，思路清晰，算法简单，可控制船舶跟踪设定航线，且舵角变化平缓，能够避免船舶频繁打舵。

技术领域

本发明涉及船舶航迹控制技术领域，具体涉及一种基于改进LOS(Line-of-sight，引导算法)引导算法的船舶航迹控制方法。

背景技术

水是地球家园的重要组成部分，也是社会能够实现可持续发展重要资源所在。船舶作为水体中的交通工具，在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有显要地位。船舶具有隐身、智能、不涉及现场操作人员人身安全问题的优势。现如今，船舶作为硬件平台在民用军用等各方面都有渗透。近年来，业界对船舶的研究与开发层出不穷。船舶融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，实现了自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等功能。面对难以预知的复杂的海洋环境，长时间、自主、安全地航行这一系列动态控制技术始终影响并制约着水面船舶向远程和多功能的方向发展。

船舶航迹控制技术具有控制精度高、不受主观因素影响、安全性高的特点，且在越来越多的方面具有很大的应用前景。伴随着世界经济和科技的高速发展，为了使船舶创造更大的经济效益，解放船上劳动力，且保证船舶安全节能地航行，船舶智能化成为了21世纪船舶发展的必然趋势。航迹控制技术作为实现船舶智能化的核心技术，不仅可以减轻船员的劳动强度,而且在远航时,在相同的航行条件下,可以减少偏航次数,减小航向偏差,从而提高航速,缩短航行时间,节省燃料,提高航行的经济效益，同时克服了船舶操纵人员主观因素的影响，能对船舶航迹进行精准科学地控制，大大地提高了船舶航行的安全性。

现今发展广泛的LOS航迹控制算法精度较高，但仍存在船舶转向精度及效率难以保证的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进LOS引导算法的船舶航迹控制方法，该方法采用利用圆弧不断切入逼近设定航线的方法，使得船舶舵机打舵、航向变化平缓的同时能够快速地收敛于设定航线。通过对LOS算法的改进以得到更适宜的规划航向，在实现具有良好控制效果的控制算法的同时，保证了控制算法的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于改进LOS引导算法的船舶航迹控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：船舶在已设定航迹点生成的规划路径上沿预定航迹段的某一直线航迹段航行时，由船舶的导航模块得到船舶实时的实际航迹信息；

步骤2：将船舶实时的实际航迹信息与规划路径进行比较，当船舶实时的实际航迹信息与规划路径之间的真实航迹偏差d超出可接受偏差d′时，利用以下方法运行改进的LOS引导算法计算得到船舶期望航向；否则，保持船舶原有规划航迹航行；

步骤2.1：取固定在地球上的坐标系为XY轴的参考坐标系；

步骤2.2：在步骤1所述的预定航迹段的某一直线航迹段左右区域建立一个缓冲区，该缓冲区的左边界和右边界均与所述预定航迹段的某一直线航迹段平行，缓冲区的左边界与所述预定航迹段的某一直线航迹段的距离为缓冲区给定航迹偏差d₀，缓冲区的右边界与所述预定航迹段的某一直线航迹段的距离也为缓冲区给定航迹偏差d₀；

步骤2.3：当船舶没有进入缓冲区，即真实航迹偏差d≥缓冲区给定航迹偏差d₀时，采用径直逼近方法，即船舶垂直于预定航线的期望航向沿最小距离逼近预定航线；