CN117742352A - 基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质。所述方法包括：根据目标线路确定预瞄距离，并根据预瞄距离与无人船的当前位置确定预瞄点；根据预瞄点确定预瞄坐标系，并将无人船的坐标转换为预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；根据获取的扰动信息判断无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将坐标误差信息与扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；将目标推力与目标力矩根据预设平衡关系分配至无人船的每个推进器中，确定每个推进器的油门开度以及控制角度。通过实施本发明实施例的方法可控制无人船在复杂水面环境下仍能完成轨迹跟踪控制，以提高其应对复杂水面环境的适应能力。

Description

基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及无人船的技术领域，尤其涉及一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

随着无人船应用技术的不断发展，无人船在负载水域环境中的应用需求不断增加，这使得无人船在面对大风浪等的高扰动场景下仍需要保持安全。但是现有的无人船多为欠驱动系统，其对于无人船的抗干扰能力和场景适应能力均有一定的限制，因此部分无人船选择使用矢量推进系统，可是现有技术中的矢量推进无法在保证控制性能的前提下仍能高效的实现无人船运动功能，导致无法在复杂水面环境下仍能稳定、安全地控制无人船的运行。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质，旨在解决现有技术中控制无人船在复杂水面环境的运行能力不足的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法，其包括：根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点；根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于矢量推进无人船的轨迹控制装置，其包括：确定单元，用于根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点；获取单元，用于根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；判断单元，用于根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；分配单元，用于将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，其包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现上述方法。

本发明实施例提供了一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法、装置、设备及介质。其中，所述方法包括根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点；根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。本发明实施例通过将获取的坐标误差信息与扰动信息输入预设的动力学模型中确定所述无人船所需要的目标推力与目标力矩，若是在复杂水面环境则根据预设平衡关系将目标推力与目标力矩平衡分配至所述无人船的多个推进器中，以此控制所述推进器，从而达到控制所述无人船在复杂水面环境下仍能完成轨迹跟踪控制，提高其应对复杂水面环境的适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的子流程示意图；

图3为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的子流程示意图；

图4为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的子流程示意图；

图5为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船推进器的布置设置图；

图6为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的子流程示意图；

图7为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制装置的示意性框图；

图8为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的流程示意图。本实施例中的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法可以应用于对所述无人船的轨迹跟踪控制当中，具体地，可应用于具有矢量推进系统的无人船控制中，以可以兼容欠驱动控制系统，采用本方法，可提高无人船应对复杂水面环境的适应能力，便于现有系统的无缝迭代和扩展，实现对无人船高效、稳定的控制。

图1是本发明实施例提供的基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的流程示意图。如图所示，该方法包括以下步骤S110-S140。

S110、根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点。

在本实施例中，所述目标线路是所述无人船运行的目标路线，所述预瞄点是目标线路上用于轨迹跟踪的目标点。所述预瞄距离是目标线路上，以距离船当前位置最近的点为起点，预瞄点为终点的两个点之间的轨迹长度。可所述根据目标线路确定预瞄距离，具体地，预瞄距离的确定公式如下：其中，所述为预瞄距离，所述/>为所述无人船运行的最大速度，所述/>为预瞄时间，所述/>为所述目标路线的曲率，所述/>为偏离目标路线的距离。其中，所述目标路线曲率是在路线信息中自带的，所述偏离目标路线的距离为船只距离轨迹最近点的距离。通过预瞄距离的确定公式可以确定所述预瞄距离，获取所述预瞄距离后即可根据预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点。具体地，首先在目标线路上找到距离船只当前点最近的点（可通过欧式距离最短得到）为起点，计算目标线路长度（轨迹点长度累积）与所述预瞄距离最接近的序列点，如果序列点为一个，则以该为目标点；如果序列点大于等于两个，则取序列号最小的点为目标点，即目标点为所述预瞄点。通过根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点可了解所述无人船的航行信息，为后续控制无人船运行提供数据基础。

S120、根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息。

在本实施例中，所述预瞄坐标系为根据所述预瞄点所构建的坐标系，所述坐标误差信息包括纵向误差、横向误差以及航向误差。根据所述预瞄点确定预瞄坐标系。具体地，以所述预瞄点作为坐标原点，该点切线方向为x轴，垂直于该切线方向为y轴以此构建所述预瞄坐标系。将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标，具体地，以坐标系原点的经纬度为参考点，通过经纬度转北东坐标公式，计算得到无人船在北东坐标系下相对于该参考点的坐标，然后在通过三角转换得到所述预瞄坐标系下的相对位置即获取所述无人船在预瞄坐标系下的坐标，其中，无人船位置转换到以预瞄点为原点的坐标下的其相对位置就是横向误差和纵向误差，x轴方向的位置偏差为纵向偏差，y轴方向偏差为横向偏差，航向即为航向误差。通过将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息可以了解所述无人船的基于预瞄点的误差，便于根据所述误差进行计算以控制所述无人船。

S130、根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩。

在本实施例中，所述扰动信息为其余传感器获取的水面环境中能干扰所述无人船运行的信息，通过根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，例如水面风浪超过四级的场景即为高扰动场景。若当前场景为低扰动场景则可以借助传统控制策略保证无人船处于相对稳定状态下的控制，如模糊控制+比例-积分-微分（PID）控制（下文用fuzzy-PID代替）；fuzzy-PID控制器中定义模糊化中的隶属度函数为三角型、模糊规则借助专家经验规则并根据实际情况做微调、解模糊采用重心法。以误差和误差变化量为模糊控制器的输入，再结合双环PID控制器，完成此场景下的纵向、横向推力和艏向力矩的计算。若是扰动场景，则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩，既可以借助所述动力学模型预测无人船的未来状态，又可将外界扰动信息直接补偿到模型，因此可获起到高精度的控制效果。通过判断当前所述无人船的航行场景的扰动情况以根据具体情况执行不同的所述无人船的控制方法，以满足无人船航向过程中多场景的任务需求。

在一实施例中，如图2所示，所述步骤S130包括步骤S131-S134。

S131、将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入所述预设动力学模型获取待求解模型；

S132、根据所述目标线路与所述待求解模型确定控制模型；

S133、将所述控制模型转换为状态方程并进行求解计算，确定所述目标推力与所述目标力矩。

在本实施例中，所述坐标误差信息包括纵向误差、横向误差以及航向误差。所述扰动信息为外界干扰力，如风、浪、流等。其中将所述扰动信息转换为阻力加入所述预设动力学模型中，分别分配到X、Y、Z方向的阻力和阻力矩。所述预设动力学模型为：其中，/>分别为 X、Y 轴方向推力，/>为所述无人船的质量，/>分别为 X、Y 轴方向加速度，/>分别为 X、Y 轴方向阻力，/>分别为 Z 轴方向的推力矩与阻力矩，/>为 Z 轴方向转动惯量，/>为绕Z轴运动的角加速度。将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入所述预设动力学模型获取待求解模型，所述待求解模型为：其中，所述 u 为 X 轴方向速度，/>为X轴方向加速度，v为Y轴方向速度，/>为Y轴加方向速度，r为Z轴方向角速度，/>为Z轴方向角加速度，/>为X轴方向惯性系数，/>为Y轴方向惯性系数，/>为Z轴方向惯性系数，/>为X轴方向阻尼系数，/>为Y轴方向阻尼系数，/>为轴方向阻尼系数，为X轴方向推力，/>为Y轴方向推力，/>为Z轴方向推力矩，/>为X轴方向阻力，为Y轴方向阻力，/>为Z轴方向阻力矩。将上述待求解模型目标点处泰勒展开，并忽略高次项，然后与动力学模型在目标轨迹上的表达式做差，再经过简化计算（简单的数学等效变换）将得到所述控制模型，所述控制模型如下：，其中，为预瞄点在 X 轴方向速度，/>为预瞄点在 X 轴方向加速度，/>为预瞄点在 Y 轴方向速度，/>为预瞄点在 Y 轴方向加速度，/>为预瞄点在 Z 轴方向角速度，/>为预瞄点在 Z 轴方向角加速度，/>为预瞄点在 X 轴方向推力，/>为预瞄点在 Y 轴方向推力，为预瞄点在 Z 轴方向阻力矩。其中，剩余参数与上述描述中的意义相同，在此不在赘述。然后将求解推力问题转换为优化问题，具体地，所述控制模型可表示为如的状态方程，求解推力就是依据状态方程的最优化控制问题，因此可以设计能量函数，最后通过求解最优控制解，例如使用线性二次调节器的方法得到对应的目标推力和目标力矩，对此不进行限定，能求出最优控制解即可。通过所述预设动力学模型求解获取目标推力和目标力矩，可了解所述无人船在复杂水面上运行所需的能维持稳定的推力和力矩，即可根据将推力与力矩进行分配以维持所述无人船的稳定。

S140、将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

在本实施例中，所述预设平衡关系为根据所述推进器的位置以及数量所确定的推力间的平衡关系。所述控制角度为所述推进器中的矢量推进器的矢量角。将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，根据每个推进器被分配的推力以及力矩确实每个推进器的油门开度以及控制角度。通过根据预设平衡关系分配推力和力矩，可有效的维持所述无人船的平衡，实现无人船在复杂水面中的平稳运行。

在一实施例中，如图3所示，所述步骤S140之前还包括步骤S1401-S1402。

S1401、多次获取所述推进器在不同油门值下所产生的所述推力，以确定测试集合；

S1402、根据所述测试集合确定所述油门值与所述推力之间的映射关系。

在本实施例中，所述多次获取所述推进器在不同油门值下所产生的所述推力，以确定测试集合，具体地，可用百分比的形式表示所述油门值的范围，例如-100% ~ 100%，这里负值表示令推进器反转。具体地，在选择适当的试验场地后，将拉力计固定在无人船或者推进器上，用以测量推进器的推进力，接着使用拉力计测量相应油门值下推进器产生的推进力。每组油门值进行多次实验，记录并保存数据即可确定所述测试集合。所述根据所述测试集合确定所述油门值与所述推力之间的映射关系，具体地，剔除测试集合的异常数据，绘制推进器油门值与推力的关系图，可使用幂函数来拟合两者之间的关系。若推进器正转与反转动力差异明显，则需要针对油门值的正负，使用不同的幂函数进行分段拟合。通过使用函数拟合所述油门值与推进力的测试集合，便于后续快速推测所述油门值所产生的推力。

在一实施例中，如图4所示，所述步骤S140之前包括步骤S141-S142。

S141、将所述目标推力与所述目标力矩根据所述预设平衡关系分配至每个所述推进器中，获取每个所述推进器分配的所述推力；

S142、根据所述推力与所述映射关系确定每个所述推进器的所述油门开度。

在本实施例中，所述预设平衡关系为根据所述推进器的位置以及数量所确定的推力间的平衡关系，所述推进器包括固定推进器与矢量推进器，其中。所述矢量推进器是指喷口可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力的一种推进器，如图5所示的推进器布局设置，其中1、4号推进器为所述固定推进器，2、3号为所述矢量推进器，沿X、Y轴(即船头方向、垂直与船头向右方向)建立推进器推力与船体推力的下预设平衡关系，所述预设平衡关系为：

，其中，/>分别为X、Y轴方向推力，/>为Z轴方向的推力矩，/>为 1 号推进器推力，/>为 2 号推进器推力，/>为 3 号推进器推力，/>为 4 号推进器推力，/>为 2号推进器矢量角度，/>为 3 号推进器矢量角度，A为 1、3 号推进器之间距离，B 为 1、2号推进器之间距离。为了使得推力得到合理分配，以最小能耗为原则，设计以下最小优化问题，所述最小优化问题为：，w为每个所述推进器的功耗，其中，角标代表所属的推进器所述F为分配给每个推进器的推力，/>为 1 号推进器推力，/>为 2 号推进器推力，/>为 3 号推进器推力，/>为 4 号推进器推力，所述F为分配给每个推进器的目标推力，/>为所述矢量推进器的控制角度，Q为总功耗，/>为学习率。然后结合推力平衡约束、推进器推力约束、矢量角度约束、矢量角度变化约束等（即预设平衡关系中的约束），对该问题进行优化求解，得到每个推进器的目标推力及目标矢量角度。通过将所述目标推力与所述目标力矩根据所述预设平衡关系分配至每个所述推进器中，获取每个所述推进器分配的所述推力，根据所述推力与所述映射关系确定每个所述推进器的所述油门开度以及控制角度，可以在以最小能耗的情况下得到每个推进器的目标推力及控制角度，实现对无人船高效、稳定的控制。

在一实施例中，如图6所示，所述步骤S140之后还包括步骤S1403-S1404。

S1403、实时监测所述推进器；

S1404、若监测到所述推进器的推力数据异常时，则调整剩余所述推进器之间的所述预设平衡关系，并重新确定所述油门开度与所述控制角度。

在本实施例中，所述推力数据异常为所述推进器因故障或其他原因导致其产生的推力没有达到分配至它的目标推力。若监测到所述推进器的推力数据异常时，则调整剩余所述推进器之间的所述预设平衡关系，具体地，获取异常推机器序号，修改预设平衡关系重新分配每个所述推进器的推力，以重新确定剩余推进器的油门开度以及控制角度。通过实时监测推进器的推进状态时，动态调整推进器推力的平衡关系，因此在进行推进器推力及矢量角度求解时，就规避了对异常推进器推力及矢量角度的求解，最终通过调整其余推进的推力和矢量角度来满足推力平衡关系，完成轨迹跟踪任务。

图7是本发明实施例提供的一种基于矢量推进无人船的轨迹控制装置200的示意性框图。如图7所示，对应于以上基于矢量推进无人船的轨迹控制方法，本发明还提供一种基于矢量推进无人船的轨迹控制装置。该基于矢量推进无人船的轨迹控制装置包括用于执行上述基于矢量推进无人船的轨迹控制方法的单元，该装置可以被配置于无人船中。具体地，请参阅图7，该基于矢量推进无人船的轨迹控制装置包括确定单元210、获取单元220、判断单元230以及分配单元240。

确定单元210，用于根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点。

获取单元220，用于根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息。

判断单元230，用于根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩。

在一实施例中，所述判断单元230包括输入单元、控制单元以及求解单元。

输入单元，用于将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入所述预设动力学模型获取待求解模型；

控制单元，用于根据所述目标线路与所述待求解模型确定控制模型；

求解单元，用于将所述控制模型转换为状态方程并进行求解计算，确定所述目标推力与所述目标力矩。

分配单元240，用于将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

在一实施例中，所述分配单元240包括测试单元、映射单元。

测试单元，用于多次获取所述推进器在不同油门值下所产生的所述推力，以确定测试集合；

映射单元，用于根据所述测试集合确定所述油门值与所述推力之间的映射关系。

在一实施例中，所述分配单元240还包括分配子单元、第一确定单元。

分配子单元，用于将所述目标推力与所述目标力矩根据所述预设平衡关系分配至每个所述推进器中，获取每个所述推进器分配的所述推力；

第一确定单元，用于根据所述推力与所述映射关系确定每个所述推进器的所述油门开度。

在一实施例中，所述分配单元240还包括监测单元、调整单元。

监测单元，用于实时监测所述推进器；

调整单元，用于若监测到所述推进器的推力数据异常时，则调整剩余所述推进器之间的所述预设平衡关系，并重新确定所述油门开度与所述控制角度。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述基于矢量推进无人船的轨迹控制装置200和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述基于矢量推进无人船的轨迹控制装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图8所示的计算机设备上运行。

请参阅图8，图8是本申请实施例提供的一种计算机设备的示意性框图。该计算机设备500可以是终端，也可以是服务器，其中，终端可以是无人船。服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务器集群。

参阅图8，该计算机设备500包括通过系统总线501连接的处理器502、存储器和网络接口505，其中，存储器可以包括非易失性存储介质503和内存储器504。

该非易失性存储介质503可存储操作系统5031和计算机程序5032。该计算机程序5032包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器502执行一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法。

该处理器502用于提供计算和控制能力，以支撑整个计算机设备500的运行。

该内存储器504为非易失性存储介质503中的计算机程序5032的运行提供环境，该计算机程序5032被处理器502执行时，可使得处理器502执行一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法。

该网络接口505用于与其它设备进行网络通信。本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备500的限定，具体的计算机设备500可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

其中，所述处理器502用于运行存储在存储器中的计算机程序5032，以实现上述方法的步骤。

应当理解，在本申请实施例中，处理器502可以是中央处理单元 (CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器502还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路 (Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。

因此，本发明还提供一种存储介质。该存储介质可以为计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序包括程序指令。该程序指令被处理器执行时使处理器执行如上述方法的步骤。

所述存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，终端，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于矢量推进无人船的轨迹控制方法，其特征在于，包括：

根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点；

根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；

根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；

将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩的步骤，包括：

将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入所述预设动力学模型获取待求解模型；

根据所述目标线路与所述待求解模型确定控制模型；

将所述控制模型转换为状态方程并进行求解计算，确定所述目标推力与所述目标力矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中的步骤之前，包括：

多次获取所述推进器在不同油门值下所产生的所述推力，以确定测试集合；

根据所述测试集合确定所述油门值与所述推力之间的映射关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度的步骤，包括：

将所述目标推力与所述目标力矩根据所述预设平衡关系分配至每个所述推进器中，获取每个所述推进器分配的所述推力；

根据所述推力与所述映射关系确定每个所述推进器的所述油门开度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设动力学模型为：其中，/>分别为 X、Y 轴方向推力，/>为所述无人船的质量，/>分别为 X、Y 轴方向加速度，/>分别为 X、Y 轴方向阻力，/>分别为 Z 轴方向的推力矩与阻力矩，/>为 Z 轴方向转动惯量，/>为绕 Z 轴运动的角加速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述推进器包括固定推进器与矢量推进器，所述预设平衡关系为： 其中，为所述推进器的推力，/>为所述矢量推进器的矢量角度，A、B 为所述推进器之间距离，/>分别为X、Y轴方向推力，/>为Z轴方向的推力矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述推进器的油门开度以及控制角度的步骤之后，还包括：

实时监测所述推进器；

若监测到所述推进器的推力数据异常时，则调整剩余所述推进器之间的所述预设平衡关系，并重新确定所述油门开度与所述控制角度。

8.一种基于矢量推进无人船的轨迹控制装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于根据目标线路确定预瞄距离，并根据所述预瞄距离与所述无人船的当前位置确定预瞄点；

获取单元，用于根据所述预瞄点确定预瞄坐标系，并将所述无人船的坐标转换为所述预瞄坐标系下的坐标以获取坐标误差信息；

判断单元，用于根据获取的扰动信息判断所述无人船的当前航行场景是否为高扰动场景，若是则将所述坐标误差信息与所述扰动信息输入预设动力学模型中获取目标推力与目标力矩；

分配单元，用于将所述目标推力与所述目标力矩根据预设平衡关系分配至所述无人船的每个推进器中，确定每个所述推进器的油门开度以及控制角度。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。