[发明专利]一种实时可抗风浪无人船的航线控制方法及其水质监测系统

权利要求书

1.一种实时可抗风浪无人船的航线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在服务器后台程序中的地图中手动设置目标点并显示目标点的经纬度坐标，设置无人船状态为自动导航状态，将风力风向传感器连接到服务器后台PC端，服务器后台程序读入当前环境参数；

步骤2，将无人船放置水域中，无人船矫正电子罗盘和电调高低油门信号并且启动GPS接收机接收位置信号，将数据发送至服务器后台；

步骤3，服务器后台程序解析无人船经纬度信息，转换成统一坐标，计算当前点位置与目标点位置的二面角；

步骤4，无人船调整转向角，转向下一目标点，实现自动导航；

步骤5，无风情况下，无人船行驶仅需后侧一对电机驱动；在有风情况下，无人船还需启动左右两侧螺旋桨；具体实现如下：

主线程通过String.Split()方法分割出当前经纬度数据、方位角数据和风力风速数据；线程1提取出当前无人船经纬度数据，计算与下一目标点的方向角，方向角计算如公式(1)(2)所示；线程2提取出方位角数据，需要结合当地的磁偏角计算，如公式(3)(4)所示；线程3提取风力风向数据，实时判断有风或无风情况，进行矢量图建模分析，计算如公式(5)(6)(7)所示；

cosα＝sin(lat₂)×sin(lat₁)+cos(lat₂)×cos(lat₁)×cos(long₂-long₁) (1)

式(1)(2)中，α为当前点与目标点相对于球体构成的二面角，lat₁、long₁为无人船当前点经纬度坐标，lat₂、long₂为无人船目标点经纬度坐标；β即为方向角，其正方向为地理北极顺时针旋转的方向；

Heading＝buffer₁×100+(buffer₂4)×10+(buffer₃0x0F) (3)

Heading＇＝Heading+d (4)

式(3)(4)中，buffer₁，buffer₂，buffer₃为三字节BCD码，Heading为解算结果，其正方向为地磁北极顺时针旋转方向；d为磁偏角，Heading＇将解算结果加上磁偏角修正其正方向，即为地理北极顺时针旋转方向；

θ＇＝θ-Heading＇ (5)

v_左＝v_风sinθ＇,0≤θ＇π (6)

v_右＝v_风sinθ＇,π≤θ＇≤2π (7)

式(5)(6)(7)中，θ是风向数据，其正方向是以地磁北极顺时针旋转的方向；θ＇为矫正之后的风向角度，与船头方向有关；v_风是风力数据；

通过线程1和线程2求得的方向角和方位角，计算转向角，如公式(8)所示；

γ＝|β-Heading＇| (8)

式(8)中，γ为转向角，其方向转向下一目标点；

服务器后台程序控制无人船运动，控制模块通过PWM信号传输给无刷电调，间接控制电机速度，速度与PWM之间关系如公式(9)所示：

ω＝100000p-15000,0.1p0.2 (9)

ω是电机驱动时速，p为在20ms周期下占空比值；

后台程序发送字节命令控制其运动状态，“0x03”为右转命令，“0x04”为左转命令，“0x05”为右转命令，当无人船转向和无风时，仅启动后侧一对螺旋桨；当有风时，启动左右两侧螺旋桨，克服四周风浪影响；

步骤6，判断无人船是否到达目标点，如果没有再次执行步骤2，如果到达目标点，则采集目标点的水质参数并将目标点的水质参数上传至服务器后台进行显示以及存放数据库中；

步骤7，重复执行步骤2至步骤6，依次遍历其余目标点。