[发明专利]一种船舶航行动静态路径自主切换控制方法

说明书

本发明公开了一种船舶航行动静态路径自主切换控制方法，包括以下步骤：基于视距导航算法LOS形成的半径大小可变的LOS圆计算得到LOS圆与当前路径段所在直线的交点坐标，并从两个交点坐标中确定LOS点坐标；根据不同不确定因素和不同场景变更至对应的路径段切换策略，并计算得到新的船首向追踪点；对路径段切换策略进行优化，考虑当前路径段上存在障碍物碰撞风险的场景。基于本发明，船舶能在多种情境下均能很好的跟随任务路线，并在跟随过程中避开障碍物保证安全后迅速地回到预设路径。

技术领域

本发明属于船舶航行控制技术领域，具体涉及一种船舶航行动静态路径自主切换控制方法。

背景技术

随着船舶智能化发展越来越成熟，船舶的自主航行已成为当下热议的话题，无人船驾驶技术的研究与应用能有效地减少人力成本，降低人为失误，提高船舶的运营效率以及安全性。随着海上任务多样化的趋势，对船舶自主航行技术提出了新的需求，而路径跟随作为船舶实现自主航行的关键技术，也面临着越来越多的挑战。当船舶被用于进行海事搜救、军事巡航时，通常需要执行搜寻探测类任务，需要船舶按照既定轨迹进行巡航，当船舶被用于目标追踪时，需要快速完成所规划的理想轨迹到达追踪位置。因此准确地实施路径跟随能够提高航行效率和任务的完成率。

而在路径跟随中，船舶为满足任务需求和安全需求经常会出现路径段动静态切换的情形，但切换的过程与时机通常难以把握。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种船舶航行动静态路径自主切换控制方法，保障船舶在实际场景的路径跟随过程中同时满足任务和安全需求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种船舶航行动静态路径自主切换控制方法，包括以下步骤：

S1、基于视距导航算法LOS形成的半径大小可变的LOS圆计算得到LOS圆与当前路径段所在直线的交点坐标，并从两个交点坐标中确定LOS点坐标；

S2、根据不同不确定因素和不同场景变更至对应的路径段切换策略，并计算得到新的船首向追踪点；

S3、对路径段切换策略进行优化，考虑当前路径段上存在障碍物碰撞风险的场景。

S1具体为：

设当前路径段起点坐标为P_n(x_n，y_n)，终点坐标为P_n+1(x_n+1，y_n+1)，船舶坐标为O_b(x_b，y_b)，船舶与当前路径段的距离e表示为：

其中，为路径段斜率。

为保证LOS圆与当前路径段所在直线存在交点，LOS圆半径定义如下：

R_los＝e+aL  (2)

其中，L为船舶船长，a为与船速有关的参数，a的大小影响路径跟随效果且通过测试进行选取；

LOS圆与当前路径段所在直线的交点通过求解式(3)得到：

求解得到两个交点(x_L1，y_L1)，(x_L2，y_L2)，在LOS导航算法中任意选取其中一个交点作为LOS点，其坐标表示为：

其中，x_LOS、y_LOS分别为LOS点的横纵坐标。

结合式(1)-(4)计算得到LOS点坐标。

a的取值范围为[1，4]。