[发明专利]基于改进LOS引导算法的船舶航迹控制方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于改进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；当船舶进入缓冲区，即真实航迹偏差d＜缓冲区给定航迹偏差d₀时，采用有限迭代圆弧方法实现船舶趋近预定航线，具体步骤如下：步骤2.3.1：设A(x_k,y_k)、B(x_k+1,y_k+1)分别代表两个相邻的航迹点，船舶沿相邻航迹点A、B之间的连线航行；AB段航线的斜率角度以X轴逆时针旋转至AB段航线所在直线为负，故设定航线的航向为‑θ，设C(x,y)代表船舶的当前位置，开始进入缓冲区的实时期望航向ψ(d_i)默认为船舶此时的实际航向；步骤2.3.2：做一个经过船舶位置点C(x,y)且与实时期望航向ψ(d_i)和设定航迹段AB都相切的圆，两切点所对应的劣弧的圆周角为θ‑ψ(d_i)；步骤2.3.3：取上述劣弧的圆周角的角平分线交上述劣弧于点E，船舶位置点C(x,y)与点E的连线CE方向为期望航向，此时上述劣弧的圆周角的角平分线与X轴方向的夹角为ψ(d_i+1)，即船舶即将航行的期望航向；步骤2.3.4：重复步骤2.3.2～步骤2.3.3，根据递推的方式得到实时期望航向其中，i为执行期望航向的次数，船舶按照实时期望航向逼近预定航迹；步骤3：重复步骤2直至真实航迹偏差d在可接受偏差d′内；步骤4：当船舶沿预定航迹段的某一直线航迹段行驶并驶入相邻的直线航迹段时，根据相邻两直线航迹段的夹角来调节船舶的转向半径以确定不同的提前转向距离；步骤4求解不同的提前转向距离的步骤如下：利用R_t＝(α*θ_t+β)L_PP计算提前转向距离，其中R_t为提前转向距离，θ_t为相邻两直线航迹段的夹角，α、β为常数，L_PP为船舶的垂线间长；利用有限迭代法，即可证得当i趋近于某个值时便已经足使ψ(d_i)趋于设定航向‑θ，且期望航向的变化Δψ(d_i)趋于0，也即舵角基本保持不变，证明过程如下：舵角变化量当i趋近于无穷大时，ψ(d_i)趋于设定航向‑θ，Δψ(d_i)趋于0，ψ(d_i‑1) 表示期望航向ψ(d_i)上一次求到的期望航向，ψ(d)表示启用LOS算法的初始时刻的期望航向；由于船舶垂直于设定航线AB的方向进入缓冲区，由几何关系易得其中，Δ为航向偏差，若航向偏差Δ的允许范围为1°，即令得i≥16，即打16次舵后航向偏差便可达到允许范围且按指数减小。