CN115421490B - 一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置 - Google Patents

一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置 Download PDF

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CN115421490B CN202211074991.9A CN202211074991A CN115421490B CN 115421490 B CN115421490 B CN 115421490B CN 202211074991 A CN202211074991 A CN 202211074991A CN 115421490 B CN115421490 B CN 115421490B
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Abstract

本发明涉及一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，该方法包括：获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；建立虚拟领航者‑跟随者模型，根据所述虚拟领航者‑跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。本发明提供的一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，控制双无人船艇力矩根据虚拟领航者‑跟随者模型进行航行，解决了双无人船艇拖曳分离的问题。

Description

一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置
技术领域
本发明涉及船舶工程技术领域，尤其涉及一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置。
背景技术
随着对地球水源资源的不断探索，人类在水上活动存在着许多问题，如乱扔垃圾导致水面垃圾增多，对水下石油开采时出现石油泄漏事故，在水上作业时船舶失事需要进行救援等，人类的水上活动存在着破坏环境以及人员安全等问题。
在海上装备双无人化部署、协同作战、核生化污染物清除、海上搜救、海上溢油回收等特殊任务的需求下，2006年，Jimenez和Giron-Sierria等人首次进行基于两艘双无人艇的围捕回收实验。
2015年，在上述研究基础上，Giron-Sierria等人探讨利用双欠驱动双无人艇拖曳围油栏执行自主溢油回收任务，研究中采用领航跟随者的编队模式，目的是通过最少的信息传递解决两艘双无人艇间协同控制的问题，避免受到环境噪声的干扰。然而由于浮绳水动力矩和不确定环境的干扰，双无人船艇出现控制困难和拖曳分离问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，用以解决现有技术中浮绳水动力矩和不确定环境的干扰，双无人船艇出现控制困难和拖曳分离的问题。
为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，包括：
获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
优选的，建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：
通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；
基于船舶三自由度模型，通过虚拟航向误差，控制虚拟领航者和虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；
根据双无人船艇与虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队。
优选的，通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，包括：
获取虚拟领航者在预设中心路径航行时的领航速度和横向误差；
根据纯追踪算法中前视距离函数，通过领航速度确定虚拟领航者的前视距离；
通过反馈控制，根据前视距离和横向误差确定虚拟制导航向。
优选的，根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
获取双无人船艇的实际航向和双无人船艇跟随虚拟跟随者的跟随航向；
根据双无人船艇的实际航向和跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；
查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
优选的，基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：
根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力；
根据双无人船艇的驱动力和输入力矩确定双无人船艇的航向角度；
根据双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力；
基于船舶三自由度模型，根据船舶纵荡方向驱动力控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
优选的，根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力，包括：
当双无人船艇与虚拟跟随者的距离在预设区间内时，减小双无人船艇的驱动力；
当双无人船艇与虚拟跟随者的距离不在预设区间内时，增大双无人船艇的驱动力。
优选的，查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
根据船舶转向性能表统计将双无人船艇的航向角改变预设角度时双无人船艇的输入力矩变化；
根据实际航向误差和双无人船艇的输入力矩变化确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
第二方面，本发明还提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置，包括：
采集模块，用于获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
编队模块，用于建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
计算模块，用于根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
跟随模块，用于基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，
存储器，用于存储程序；
处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述任一种实现方式中的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，获取双无人船艇的航行信息，航行信息包括双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向，建立了虚拟领航者-跟随者模型，通过虚拟领航者-跟随者模型控制双无人船艇保持垂直编队，根据获取的双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。本发明通过建立虚拟领航者-跟随者模型让双无人船艇保持垂直编队，减小浮绳水动力矩对双无人船艇的影响，从而解决了无人船艇航向控制困难的问题；通过双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，依据航向误差和船舶转向性能自动调整无人船艇的力矩和纵荡方向驱动力，控制双无人船艇拖曳目标物体，最终解决了双无人船艇在拖曳物体时出现拖曳分离的问题。
附图说明
图1为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的浮绳联接装置和单无人船艇的一实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的双无人船艇协同拖曳的一实施例的运动示意图；
图4为本发明提供的双无人船艇进行垂直编队的一实施例的流程示意图；
图5为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图；
图6为本发明提供的变速视线算法制导航行的一实施例的过程解析图；
图7为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图；
图8为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图；
图9为本发明提供的驱动力变化曲线的一实施例的图像示意图；
图10为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制的一实施例的仿真示意图；
图11为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置的一实施例的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，以下分别进行说明。
请参阅图1，图1为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法的一实施例的流程示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，包括：
S101、获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
S102、建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
S103、根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
S104、基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
在上述实施例中，双无人船艇力矩中间具有浮绳联接装置，浮绳联接装置可以拖曳目标物体，并且具有多种传感器，能够通过浮绳联接装置直接获取浮绳拉力大小数据以及浮绳拉力方向数据。
请参阅图2，图2为本发明提供的浮绳联接装置和单无人船艇的一实施例的结构示意图，需要说明的是，浮绳联接装置包括姿态传感器和拉力传感器，系在无人船艇与浮绳中间，实时获取浮绳拉力大小和方向数据，进而计算浮绳力矩，浮绳用于拖曳目标物体。
双无人船艇垂直编队表示双无人船艇的连接线与预设中心路径垂直，通过将双无人船艇保持垂直编队可以减小浮绳水动力矩对双无人船艇的影响，避免双无人船艇出现控制困难。
根据获取到的双无人船艇的航行信息计算出双无人船艇的输入力矩和制导航向角，为双无人船艇保持垂直编队的情况下根据预设中心路径航行时的双无人船艇的输入力矩和制导航向角。需要说明的是，预设中心路径为规划的初始航行路径，是一种理想情况下的航行路径，是根据双无人船艇与目标物体的位置以及水面环境进行规划的，该预设中心路径的规划方法有多种现有技术对此进行说明，且对预设中心路径的规划方法不是本发明要解决的技术问题，因此，本发明对预设中心路径的规划不做进一步赘述。
请参阅图3，图3为本发明提供的双无人船艇协同拖曳的一实施例的运动示意图，船舶三自由度模型为现有技术，本发明对此不做过多赘述，本发明可以通过船舶三自由度模型，根据计算出的双无人船艇的输入力矩和制导航向角，控制双无人船艇跟随虚拟跟随者按照预设中心路径进行航行，当双无人船艇航行至目标物体处时，通过浮绳联接装置拖曳目标物体至目标位置。
与现有技术相比，本实施例提供的一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，获取双无人船艇的航行信息，航行信息包括双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向，建立了虚拟领航者-跟随者模型，通过虚拟领航者-跟随者模型控制双无人船艇保持垂直编队，根据获取的双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。本发明通过建立虚拟领航者-跟随者模型让双无人船艇保持垂直编队，减小浮绳水动力矩对双无人船艇的影响，从而解决了无人船艇航向控制困难的问题；通过双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，依据航向误差和船舶转向性能自动调整无人船艇的力矩和纵荡方向驱动力，控制双无人船艇拖曳目标物体，最终解决了双无人船艇在拖曳物体时出现拖曳分离的问题。
请参阅图4，图4为本发明提供的双无人船艇进行垂直编队的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例，建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：
S401、通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；
S402、基于船舶三自由度模型，通过虚拟航向误差，控制虚拟领航者和虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；
S403、根据双无人船艇与虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队。
在上述实施例中，理想状态下虚拟领航者将按照预设中心路径进行航行，而虚拟跟随者则跟随虚拟领航者进行航行，在二者的模拟航行的过程中，二者的航向无法完全按照预设中心路径进行航行，通过拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，虚拟航向误差反应了模拟航行中的偏离程度。
通过船舶三自由度模型，消除虚拟航向误差，控制虚拟领航者和虚拟跟随者沿着预设中心路径航行。预设中心路径是综合考虑航行时间和航行安全规划出的一条航向路线，按照预设中心路径进行航行可以尽完全拖曳作业，并保证作业避免出现碰撞等事故。
先将虚拟跟随者通过相对于虚拟领航者的航行距离及航行方向等信息实现编队航行，然后双无人船艇以虚拟跟随者为制导点获得跟随航向，也即先让虚拟跟随者跟随虚拟领航者实现垂直编队航行，然后再将双无人船艇跟随虚拟跟随者实现垂直编队航行。
需要说明的是，变速视线算法和船舶三自由度模型都是现有技术，本发明在此不做过多赘述。
请参阅图5，图5为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，包括：
S501、获取虚拟领航者在预设中心路径航行时的领航速度和横向误差；
S502、根据纯追踪算法中前视距离函数，通过领航速度确定虚拟领航者的前视距离；
S503、通过反馈控制，根据前视距离和横向误差确定虚拟制导航向。
在上述实施例中，在虚拟领航者航行的过程中，实时获取虚拟领航者的领航速度，并确定横向误差(虚拟领航者与预设中心路径航行时的航迹点的距离)，然后通过纯追踪算法中前视距离函数，根据领航速度确定虚拟领航者的前视距离，再通过反馈控制、领航速度和横向误差确定虚拟领航者的制导点，进而确定虚拟领航者的虚拟制导航向。
请参阅图6，图6为本发明提供的变速视线算法制导航行的一实施例的过程解析图，虚拟领航者决定了虚拟跟随者的航向，而虚拟跟随者又决定了双无人船艇的航向，也即通过变速视线算法确定虚拟领航者的虚拟制导航向就可以实现将双无人船艇保持垂直编队按照预设中心路径进行航行。
请参阅图7，图7为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
S701、获取双无人船艇的实际航向和双无人船艇跟随虚拟跟随者的跟随航向；
S702、根据双无人船艇的实际航向和跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；
S703、查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
在上述实施例中，通过浮绳联接装置可以直接获取双无人船艇的实际航向，双无人船艇跟随虚拟跟随者的跟随航向是将双无人船艇以虚拟跟随者为制导点得到的跟随航向，通过双无人船艇的实际航向和跟随航向作差得到双无人船艇的实际航向误差。
船舶转向性能表如表1所示，通过查询船舶转向性能表，确定如何调整实际航向，以减少实际航向误差并避免输入力矩和制导航向角调整过大导致双无人船艇的航行出现问题。
表1
参考力矩Ms(N·m) 校正角度(°)
... ...
kMu 2→0
Mu 1→0
0 0
-Mu -1→0
-kMu -2→0
... ...
请参阅图8，图8为本发明提供的确定虚拟制导航向的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：
S801、根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力；
S802、根据双无人船艇的驱动力和输入力矩确定双无人船艇的航向角度；
S803、根据双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力；
S804、基于船舶三自由度模型，根据船舶纵荡方向驱动力控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
在上述实施例中，请参阅图9，图9为本发明提供的驱动力变化曲线的一实施例的图像示意图，当双无人船艇在航行的过程中，需要与虚拟跟随者保持一定的距离，获取双无人船艇与虚拟跟随者之间的距离，依据驱动力变化曲线确定双无人船艇的驱动力。
双无人船艇的驱动力和输入力矩共同决定了双无人船艇的航向角度，进一步根据双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力，船舶纵荡方向驱动力是影响双无人船艇是否会出现拖曳分离，基于船舶三自由度模型，控制双无人船艇跟随虚拟跟随者按照预设中心路径航行至目标物体处，并拖曳目标物体至目标点位。
在本发明的一些实施例中，根据双无人船艇的驱动力变化曲线和双无人船艇与虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力，包括：
当双无人船艇与虚拟跟随者的距离在预设区间内时，减小双无人船艇的驱动力；
当双无人船艇与虚拟跟随者的距离不在预设区间内时，增大双无人船艇的驱动力。
在上述实施例中，根据图9可知，当双无人船艇与虚拟跟随者的距离接近0时，双无人船艇驱动力变化缓慢，双无人船艇系统内部趋于相对静止；当双无人船艇与虚拟跟随者的距离远离0时，无人船艇驱动力变化大，快速修正双无人船艇与虚拟跟随者的距离，让双无人船艇系统恢复垂直编队。需要说明的是，预设区间可以根据实际情况进行调整，本发明对此不作进一步限制。
在本发明的一些实施例中，查询船舶转向性能表，根据实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
根据船舶转向性能表统计将双无人船艇的航向角改变预设角度时双无人船艇的输入力矩变化；
根据实际航向误差和双无人船艇的输入力矩变化确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
在上述实施例中，通过表1统计在每个力矩控制周期内改变无人船艇1°时，无人船艇最合适的力矩大小。力矩大小根据实际情况进行选择，本发明在此不做进一步限制。
请参阅图10，图10为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制的一实施例的仿真示意图，为了验证本发明的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法能够解决双无人船艇拖曳分离问题，在不确定环境干扰下进行了仿真。
为了更好实施本发明实施例中的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，在浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法基础之上，对应的，请参阅图11，图11为本发明提供的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置的一实施例的结构示意图，本发明实施例提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置1100，包括：
采集模块1110，用于获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
编队模块1120，用于建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
计算模块1130，用于根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
跟随模块1140，用于基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
这里需要说明的是：上述实施例提供的装置1100可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
请参阅图12，图12为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。基于上述浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，本发明还相应提供了一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备，浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备包括处理器1210、存储器1220及显示器1230。图12仅示出了电子设备的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
存储器1220在一些实施例中可以是浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的内部存储单元，例如浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的硬盘或内存。存储器1220在另一些实施例中也可以是浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的外部存储设备，例如浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器1220还可以既包括浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1220用于存储安装于浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的应用软件及各类数据，例如安装浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的程序代码等。存储器1220还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器1220上存储有浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制程序1240，该浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制程序1240可被处理器1210所执行，从而实现本申请各实施例的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法。
处理器1210在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器1220中存储的程序代码或处理数据，例如执行浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法等。
显示器1230在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器1230用于显示在浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制设备的部件1210-1230通过系统总线相互通信。
在一实施例中，当处理器1210执行存储器1220中浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制程序1240时实现如上的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制程序，该浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
建立虚拟领航者-跟随者模型，根据虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
根据双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
综上，本实施例提供的一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法及装置，获取双无人船艇的航行信息，航行信息包括双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向，建立了虚拟领航者-跟随者模型，通过虚拟领航者-跟随者模型控制双无人船艇保持垂直编队，根据获取的双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，根据输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。本发明通过建立虚拟领航者-跟随者模型让双无人船艇保持垂直编队，减小浮绳水动力矩对双无人船艇的影响，从而解决了无人船艇航向控制困难的问题；通过双无人船艇的航行信息确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，再基于船舶三自由度模型，依据航向误差和船舶转向性能自动调整无人船艇的力矩和纵荡方向驱动力，控制双无人船艇拖曳目标物体，最终解决了双无人船艇在拖曳物体时出现拖曳分离的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，包括：
获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
建立虚拟领航者-跟随者模型，根据所述虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体；
其中，所述建立虚拟领航者-跟随者模型，根据所述虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：
通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据所述虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；
基于所述船舶三自由度模型，通过所述虚拟航向误差，控制所述虚拟领航者和所述虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；
根据所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队；
其中，所述根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
获取所述双无人船艇的实际航向和所述双无人船艇跟随所述虚拟跟随者的跟随航向；
根据所述双无人船艇的实际航向和所述跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；
查询船舶转向性能表，根据所述实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
其中，所述基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：
根据双无人船艇的驱动力变化曲线和所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力；
根据所述双无人船艇的驱动力和所述输入力矩确定双无人船艇的航向角度；
根据所述双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力；
基于船舶三自由度模型，根据所述船舶纵荡方向驱动力控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
2.根据权利要求1所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述通过变速视线算法确定所述虚拟领航者的制导航向，根据所述虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差，包括：
获取虚拟领航者在所述预设中心路径航行时的领航速度和横向误差；
根据纯追踪算法中前视距离函数，通过所述领航速度确定虚拟领航者的前视距离；
通过反馈控制，根据所述前视距离和所述横向误差确定虚拟制导航向。
3.根据权利要求1所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述根据双无人船艇的驱动力变化曲线和所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力，包括：
当所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离在预设区间内时，减小所述双无人船艇的驱动力；
当所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离不在预设区间内时，增大所述双无人船艇的驱动力。
4.根据权利要求1所述的浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法，其特征在于，所述查询船舶转向性能表，根据所述实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
根据所述船舶转向性能表统计将双无人船艇的航向角改变预设角度时双无人船艇的输入力矩变化；
根据所述实际航向误差和所述双无人船艇的输入力矩变化确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角。
5.一种浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于获取双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向；
编队模块，用于建立虚拟领航者-跟随者模型，根据所述虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队；
计算模块，用于根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
跟随模块，用于基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随虚拟跟随者航行并拖曳目标物体；
其中，所述建立虚拟领航者-跟随者模型，根据所述虚拟领航者-跟随者模型对双无人船艇进行垂直编队，包括：
通过变速视线算法确定虚拟领航者的制导航向，根据所述虚拟领航者的制导航向与虚拟领航者的航向角确定虚拟航向误差；
基于所述船舶三自由度模型，通过所述虚拟航向误差，控制所述虚拟领航者和所述虚拟跟随者沿着预设中心路径航行；
根据所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离控制对双无人船艇进行垂直编队；
其中，所述根据所述双无人船艇力矩、浮绳拉力大小和浮绳拉力方向确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角，包括：
获取所述双无人船艇的实际航向和所述双无人船艇跟随所述虚拟跟随者的跟随航向；
根据所述双无人船艇的实际航向和所述跟随航向确定双无人船艇的实际航向误差；
查询船舶转向性能表，根据所述实际航向误差确定双无人船艇的输入力矩和制导航向角；
其中，所述基于船舶三自由度模型，根据所述输入力矩和制导航向角控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体，包括：
根据双无人船艇的驱动力变化曲线和所述双无人船艇与所述虚拟跟随者的距离确定双无人船艇的驱动力；
根据所述双无人船艇的驱动力和所述输入力矩确定双无人船艇的航向角度；
根据所述双无人船艇的航向角度确定船舶纵荡方向驱动力；
基于船舶三自由度模型，根据所述船舶纵荡方向驱动力控制双无人船艇跟随所述虚拟跟随者航行并拖曳目标物体。
6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中，
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的程序，以实现上述权利要求1至4中任一项所述浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时，能够实现上述权利要求1至4中任一项所述浮绳联接的双无人船艇协同拖曳控制方法中的步骤。
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