[发明专利]一种具有碰撞风险预测机制的避碰及路径跟踪制导方法

摘要

本发明公开了一种具有碰撞风险预测机制的避碰及路径跟踪制导方法，本制导方法结合DVS制导方法的优势和碰撞风险预测机制，具有实现船舶路径跟踪和自主避碰的能力。在来船未进入DVS探测范围时，执行路径跟踪制导；在来船进入DVS探测范围时，对碰撞风险进行预测，若路径跟踪制导模式存在碰撞风险，则执行避碰操纵制导，选取能够消除碰撞风险的制导信息，并保证对路径跟踪任务的回归趋势；如不存在碰撞风险，则恢复到路径跟踪制导模式。同时DVS当前前进速度和艏向角随时间的变化是光滑的。

主权项

一种具有碰撞风险预测机制的避碰及路径跟踪制导方法，其特征在于包括以下步骤：S1：设定航路点信息W1,W2,…,Wn，分别建立导引虚拟船型GVS和动态虚拟船型DVS的运动数学模型；S2：导引虚拟船型GVS根据设定航路点对直线段和曲线段的参考路径进行规划，并始终沿参考路径行驶；S3：在动态虚拟船型DVS的探测环半径之内不存在会遇船舶时，处于路径跟踪模式；S4：在动态虚拟船型DVS的探测环半径之内出现会遇船舶时，进行避碰局面分类，如果会遇船舶追越动态虚拟船型DVS且动态虚拟船型DVS速度小于会遇船舶速度时，动态虚拟船型DVS和导引虚拟船型GVS按照路径跟踪模式的制导信息航行，并回到步骤S3，否则进入步骤S5；S5：计算动态虚拟船型DVS和会遇船舶在路径跟踪模式下碰撞风险，如果存在碰撞风险，则避碰操纵模式激活，进入步骤S6，否则进入步骤S10；S6：激活避碰操纵模式，计算避碰操纵前进速度udo和艏向角ψdo；S7：计算路径跟踪回归前进速度udh和艏向角ψdh；S8：计算动态虚拟船型DVS在路径跟踪回归前进速度udh和艏向角ψdh下，与会遇船舶的碰撞风险，如果不存在碰撞风险，选取动态虚拟船型DVS的当前前进速度ud＝udh，当前艏向角ψd＝ψdh，导引虚拟船型GVS的当前前进速度ug＝ud，如果存在碰撞风险，使用避碰操纵前进速度udo和艏向角ψdo作为动态虚拟船型DVS的当前前进速度ud和当前艏向角ψd，并按照下式计算随后的动态虚拟船型DVS的前进速度ud和艏向角ψdud=ud(t-Δts)+min{|udo-ud(t-Δts)|,Δuts}·sgn(udo-ud(t-Δts))ψd=ψd(t-Δts)+min{|ψdo-ψd(t-Δts)|,ϵΔuts}·sgn(ψdo-ψd(t-Δts))]]>导引虚拟船型GVS的当前前进速度ug＝ud，其中Δts是采样周期，是每个采样周期速度的变化值，udp是动态虚拟船型DVS的避碰操纵前进速度，ψdp是动态虚拟船型DVS的避碰操纵艏向角，ε为增益因数；S9：在每个采样时间点计算DVS在路径跟踪艏向角ψdp和路径跟踪前进速度udp下的碰撞风险，如果存在碰撞风险，进入步骤S6，否则进入步骤S10；S10：动态虚拟船型DVS的当前前进速度ud和当前艏向角ψd选取为ud=ud(t-Δts)+min{|udp-ud(t-Δts)|,Δuts}·sgn(udp-ud(t-Δts))ψd=ψd(t-Δts)+min{|ψdp-ψd(t-Δts)|,ϵΔuts}·sgn(ψdp-ψd(t-Δts))]]>GVS的当前前进速度ug＝ugp，其中Δts是采样周期，是每个采样周期速度的变化值，udp是动态虚拟船型DVS的路径跟踪前进速度，ψdp是动态虚拟船型DVS的路径跟踪艏向角，ε为增益因数，完成由避碰操纵到路径跟踪模式的过渡；之后，回到步骤S3，继续以路径跟踪模式航行。