[发明专利]拖轮护航作业的跟踪巡航方法、系统和存储介质

权利要求书

1.一种拖轮护航作业的跟踪巡航方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取目标船舶和作业拖轮的距离方位信息；

构建大地坐标系和附体坐标系；

确定所述距离方位信息在所述附体坐标系的第一矢量；

将所述第一矢量转换为所述大地坐标系的第二矢量；

构建拖轮的数学模型；

根据所述数学模型和所述第二矢量构建所述作业拖轮和所述目标船舶的误差模型；

构建李雅普诺夫函数和滑模控制面；

根据所述第一矢量和所述误差模型，采用反步法确定期望速度和期望角速度；所述反步法包括所述李雅普诺夫函数和所述滑模控制面；

根据所述期望速度和期望角速度确定所述目标船舶和作业拖轮之间的控制信息，所述控制信息包括作业拖轮的推进力期望量和转向力矩期望量。

2.根据权利要求1所述的一种拖轮护航作业的跟踪巡航方法，其特征在于，所述获取目标船舶和作业拖轮的距离方位信息，包括：

获取若干个基站与定位标签的脉冲距离，所述若干个基站设置于所述作业拖轮上，所述定位标签设置于所述目标船舶上；

确定每个所述基站对应的圆，所述圆为以基站为中心且以基站对应的脉冲距离为半径生成的圆；

确定所述基站对应圆的交点坐标；

根据所述交点坐标确定所述目标船舶和作业拖轮的距离方位信息。

3.根据权利要求2所述的一种拖轮护航作业的跟踪巡航方法，其特征在于，所述若干个基站分别设置于所述作业拖轮的船尾位置、左舷位置和右舷位置。

4.根据权利要求1所述的一种拖轮护航作业的跟踪巡航方法，其特征在于，所述李雅普诺夫函数如下公式：

其中，和均表示李雅普诺夫函数；表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中x方向上的期望速度的一阶导数；表示所述目标船舶和所述作业拖轮的船艏角度差；e_x表示在大地坐标系下x方向上的船艏角度差分量；e_y表示在大地坐标系下y方向上的船艏角度差分量；l_xd表示附体坐标系中x方向上的船舶之间的距离期望值，表示l_xd的一阶导数；l_yd表示附体坐标系中y方向上的船舶之间的距离期望值，表示l_yd的一阶导数；r_e表示作业拖轮的角速度误差；v₁表示所述目标船舶在所述附体坐标系中y方向上的速度；u₁表示所述目标船舶在所述附体坐标系中x方向上的速度；r₁表示所述目标船舶的艏角速度；表示作业拖轮的期望角速度的一阶导数；τ_r2表示作业拖轮的转船力矩；u₂表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中x方向上的速度；表示所述目标船舶和所述作业拖轮的船艏角度差；r₂表示所述作业拖轮的艏角速度；v₂表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中y方向上的速度；m₁₁、m₂₂和m₃₃表示所述作业拖轮的惯性分量；d₁₁和d₃₃表示所述作业拖轮的水阻尼分量。

5.根据权利要求4所述的一种拖轮护航作业的跟踪巡航方法，其特征在于，所述滑模控制面如下公式：

或，

其中，S表示滑模控制面；λ表示滑模控制面参数；u₂表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中x方向上的速度；r₂表示所述作业拖轮的艏角速度；v₂表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中y方向上的速度；v_2d表示所述作业拖轮在所述附体坐标系中y方向上的期望速度；表示v_2d的一阶导数、表示v_e的二阶导数；v_e表示表示目标船舶在附体坐标系中x方向上的速度误差；τ_wv表示环境干扰力；m₁₁和m₂₂表示所述作业拖轮的惯性分量；d₂₂表示所述作业拖轮的水阻尼分量。