CN115755927A - 一种无人艇的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人艇的控制方法及系统，无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，该方法为：基于预设的航行计划确定无人艇在当前航段的目标航速；控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，并确定无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；根据航行计划、实际位置、实际航向和偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；基于螺旋桨转速调整值调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制无人艇的航向，从而加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

Description

一种无人艇的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种无人艇的控制方法及系统。

背景技术

为采集台风的相关数据，通常需要无人艇前往台风的观测海域进行数据采集。但是，由于台风的观测海域往往是高海况海域且环境较为恶劣，无人艇容易被海浪打翻从而可能导致失去航行能力。为保证无人艇能顺利采集到台风的相关数据，目前亟需一种无人艇的控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种无人艇的控制方法及系统，以保证无人艇能顺利采集到台风的相关数据。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例第一方面公开一种无人艇的控制方法，所述方法适用于无人艇，所述无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，所述方法包括：

基于预设的航行计划确定所述无人艇在当前航段的目标航速；

控制所述内燃机推进艇身的内燃机以与所述目标航速对应的预设转速运行，并确定所述无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；

根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；

基于所述螺旋桨转速调整值调整所述纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制所述无人艇的航向。

优选的，所述航行计划至少包含多个目标航路点；

根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值，包括：

根据所述无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向，并根据所述当前目标航路点和所述无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置；

基于所述当前目标航路点、所述预期航迹、所述预期航迹位置和所述实际位置，确定偏航距离；

基于所述偏航距离、所述航路点航向和所述实际航向，确定调整航向；

通过所述调整航向和所述偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值。

优选的，所述方法还包括：

计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态；

根据所述海面真风矢量、所述船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据；

当所述海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，当所述无人艇到达预设的脱离位置时，控制所述电磁铰接装置脱开以分离所述内燃机推进艇身和所述纯电推进艇身；

控制分离后的所述内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行。

优选的，计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态，包括：

利用所述无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；

结合所述海面的风速、所述海面的风向、所述无人艇的航速和所述无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；

基于所述无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到所述无人艇的船体姿态。

优选的，按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行之后，所述方法还包括：

当分离后的所述纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，测量海气界面参数，并将所述海气界面参数回传至数据中心。

本发明实施例第二方面公开一种无人艇的控制系统，所述系统适用于无人艇，所述无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，所述系统包括：

第一确定单元，用于基于预设的航行计划确定所述无人艇在当前航段的目标航速；

处理单元，用于控制所述内燃机推进艇身的内燃机以与所述目标航速对应的预设转速运行，并确定所述无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；

第二确定单元，用于根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；

第一控制单元，用于基于所述螺旋桨转速调整值调整所述纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制所述无人艇的航向。

优选的，所述航行计划至少包含多个目标航路点；所述第二确定单元包括：

第一确定模块，用于根据所述无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向，并根据所述当前目标航路点和所述无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置；

第二确定模块，用于基于所述当前目标航路点、所述预期航迹、所述预期航迹位置和所述实际位置，确定偏航距离；

第三确定模块，用于基于所述偏航距离、所述航路点航向和所述实际航向，确定调整航向；

计算模块，用于通过所述调整航向和所述偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值。

优选的，所述系统还包括：

计算单元，用于计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态；

判定单元，用于根据所述海面真风矢量、所述船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据；

脱离单元，用于当所述海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，当所述无人艇到达预设的脱离位置时，控制所述电磁铰接装置脱开以分离所述内燃机推进艇身和所述纯电推进艇身；

第二控制单元，用于控制分离后的所述内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行。

优选的，所述计算单元具体用于：利用所述无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；结合所述海面的风速、所述海面的风向、所述无人艇的航速和所述无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；基于所述无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到所述无人艇的船体姿态。

优选的，所述系统还包括：

采集单元，用于当分离后的所述纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，测量海气界面参数，并将所述海气界面参数回传至数据中心。

基于上述本发明实施例提供的一种无人艇的控制方法及系统，无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，该方法为：基于预设的航行计划确定无人艇在当前航段的目标航速；控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，并确定无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；根据航行计划、实际位置、实际航向和偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；基于螺旋桨转速调整值调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制无人艇的航向。本方案中，确定无人艇在当前航段的目标航速。控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，从而为无人艇提供动力，通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制无人艇的航向，加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人艇的外观示意图；

图2为本发明实施例提供的无人艇的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无人艇的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的三重闭环PID控制环路；

图5为本发明实施例提供的一种无人艇的控制系统的结构框图。

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，所描述的实施例仅仅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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

由背景技术可知，由于台风的观测海域往往是高海况海域且环境较为恶劣，用于采集台风的相关数据的无人艇容易被海浪打翻从而可能导致失去航行能力。为保证无人艇能顺利采集到台风的相关数据，目前亟需一种无人艇的控制方法。

因此，本发明实施例提供一种无人艇的控制方法及系统，无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，确定无人艇在当前航段的目标航速。控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，从而为无人艇提供动力，通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制无人艇的航向，加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

需要说明的是，本发明实施例提供的无人艇的控制方法及系统，可以适用于无人艇；如图1提供的无人艇的外观示意图，该无人艇由内燃机推进艇身100和纯电推进艇身200组成。

内燃机推进艇身100和纯电推进艇身200由电磁铰接装置铰接在一起；内燃机推进艇身100为内燃机驱动的艇身，纯电推进艇身200为由电机驱动的艇身；纯电推进艇身200为全水密结构，且重心低于浮心。

可以理解的是，内燃机推进艇身100和纯电推进艇身200由相应的部件构成；如图2提供的无人艇的结构示意图，该无人艇由内燃机推进艇身100和纯电推进艇身200组成。其中，内燃机推进艇身100至少包含：油箱3、油泵4、内燃机5、轴带发电机6、启动电机7、螺旋桨8(泵喷推进器)、自动驾驶仪9、通信模块10。纯电推进艇身200至少包含：锂电池组12、驱动电机13、螺旋桨14(泵喷推进器)、自动驾驶仪15、通信模块16。内燃机推进艇身100和纯电推进艇身200直接通过电磁铰接装置11铰接在一起。

以上内容是关于本方案的无人艇的相关介绍；关于该无人艇的控制方式，详见以下实施例的说明。

参见图3，示出了本发明实施例提供的一种无人艇的控制方法的流程图，该方法适用于无人艇，该无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，该控制方法包括：

步骤S301：基于预设的航行计划确定无人艇在当前航段的目标航速。

需要说明的是，预先通过卫星遥感图像获得台风中心区域的位置坐标，并基于该台风中心区域的位置坐标确定航行计划；将航行计划存储在无人艇的内存中(如内部Flash)。

无人艇在不同航段中的航速可能有所不同；在具体实现步骤S301的过程中，通过全球导航卫星系统(GNSS)获取无人艇的位置信息(包含了无人艇的实际位置)；根据航行计划和无人艇的实际位置，确定无人艇在当前航段的目标航速。

步骤S302：控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，并确定无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向。

需要说明的是，无人艇在航行过程中(内燃机推进艇身和纯电推进艇身铰接在一起，相当于联合推进)，采用双侧螺旋桨(内燃机推进艇身和纯电推进艇身的泵喷推进器)差速推进；其中无人艇的大部分航程由内燃机推进艇身提供航行动力。

由于内燃机的特性导致内燃机先天不便调速，因此在具体实现步骤S302的过程中，控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行(相当于内燃机以固定转速运行)。

一些实施例中，目标航速可以划分为高航速、中航速和低航速(该划分方式仅用于举例)；不同的目标航速预先设定相应的预设转速。例如：目标航速为高航速，无人艇在航行过程中，控制内燃机推进艇身的内燃机以与高航速对应的预设转速运行。

在控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行的过程中，确定无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向。具体而言，通过无人艇的舰载惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)测量无人艇的水平航向的偏航角速率；通过无人艇的组合罗经确定无人艇的实际航向；通过GNSS测量无人艇的实际位置。

一些实施例中，IMU还可以测量无人艇的前向加速度，并反演出无人艇的推力矢量。

步骤S303：根据航行计划、实际位置、实际航向和偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值。

需要说明的是，航行计划至少包含多个目标航路点；目标航路点是指无人艇的自动驾驶仪预设的航行目标点；在航行过程中，无人艇向一个目标航路点航行，到达该目标航路点后继续前往下一个目标航路点航行。

当前目标航路点是指无人艇当前正在前往的目标航路点，上一个目标航路点是指无人艇最近已经过的目标航路点。

在具体实现步骤S303的过程中，根据无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向；具体而言，计算当前目标航路点的经纬度坐标和无人艇当前的实际位置的经纬度坐标的连线，即可确定得到航路点航向。可以理解的是，由于无人艇当前的实际位置会随着航行而发生变化，故需要实时确定无人艇的航路点航向，从而确保无人艇朝着目标航路点航行。

根据当前目标航路点和无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置；基于当前目标航路点、预期航迹、预期航迹位置和实际位置，确定偏航距离。

需要说明的是，预期航迹为目标航路点之间的连线，因此可根据当前目标航路点和上一个目标航路点确定得到预期航迹和预期航迹位置。结合当前目标航路点、预期航迹、预期航迹位置和实际位置(GNSS的位置)，即可计算得到偏航距离，该偏航距离即为偏离预期航迹的距离。

基于偏航距离、航路点航向和实际航向，确定调整航向；并通过调整航向和偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值(相当于推力调节控制量)。

以上是关于计算得到螺旋桨转速调整值的相关说明；在具体实现中，可以利用三重闭环PID控制环路来确定螺旋桨转速调整值。如图4提供的三重闭环PID控制环路，该三重闭环PID控制环路包含转向角速率控制环路(最内侧的PID控制环路)、偏航控制环路(中间的PID控制环路)和航迹控制环路(最外侧的PID控制环路)。

具体地，航迹控制环路的输入量为当前目标航路点、预期航迹位置和实际位置(由GNSS获取得到)，由航迹控制器确定得到偏航距离。偏航控制环路的输入量为偏航距离、航路点航向和实际航向(由组合罗经获取得到)，由航向控制器确定得到调整航向。转向角速率控制环路的输入量为调整航向和偏航角速率(由IMU获取得到)，由偏航速率控制器确定得到螺旋桨转速调整值。

需要说明的是，在如图4提供的三重闭环PID控制环路中，还引入了干扰力矩和速度矢量；ESC(ElectronicSpeedControl)为电子调速器，ESC用于控制螺旋桨的转速。

步骤S304：基于螺旋桨转速调整值调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制无人艇的航向。

在具体执行步骤S304的过程中，计算得到螺旋桨转速调整值后，控制ESC基于该螺旋桨转速调整值来调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速(相当于调节驱动电机的推力)，从而控制无人艇的航向。

需要说明的是，通过上述步骤S302可见，内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行(相当于内燃机推进艇身的螺旋桨的转速固定)，因此可以通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速，来调节内燃机推进艇身的螺旋桨和纯电推进艇身的螺旋桨之间的差速，进而实现航向控；也就是说，通过调节调节内燃机推进艇身的螺旋桨和纯电推进艇身的螺旋桨之间的差速，来控制无人艇向左或向右航行。

结合步骤S303的内容可见，具体可以利用三重闭环PID控制环路来调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速。

在本发明实施例中，确定无人艇在当前航段的目标航速。控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，从而为无人艇提供动力，通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制无人艇的航向，加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

需要说明的是，无人艇在航行过程中，需要实时监控海况数据，并根据海况数据进行相应的控制。

一些实施例中，计算海面真风矢量和无人艇的船体姿态。具体而言，利用无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；结合海面的风速、海面的风向、无人艇的航速和无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；基于无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到无人艇的船体姿态。

需要说明的是，海面的风速和海面的风向通过GNSS测量得到；船体姿态包括但不仅限于纵摇、横摇、纵荡和垂荡等。

计算得到真风矢量和船体姿态后，根据该海面真风矢量、该船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据。

当海况数据满足预设的脱离阈值时(表征无人艇进入高海况区域)，和/或，当无人艇到达预设的脱离位置时，控制电磁铰接装置脱开以分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身。控制分离后的内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的纯电推进艇身继续航行。

也就是说，如果判定得到的海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，如果无人艇到达预设的脱离位置时，分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身。分离后，控制分离后的内燃机推进艇身按照预设的返航路线返航到预定海域，控制分离后的纯电推进艇身继续按照航向计划航行至台风中心区域。

需要说明的是，由于内燃机推进艇身和纯电推进艇身都具有各自对应的舵，分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身之后，控制分离后的内燃机推进艇身的舵角来进行航向的控制，以及控制分离后的纯电推进艇身的舵角来进行航向的控制。

当分离后的纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，控制纯电推进艇身测量海气界面参数，并将海气界面参数回传至数据中心；具体而言，可以通过北斗RDSS卫通装置将测量得到的海气参数回传到数据中心。

通过上述内容可见，可利用模糊控制器判定得到海况数据，以下对如何利用模糊控制器进行解释说明。

模糊控制器采用双输入单输出的结构，输入语言变量为摇晃语言变量SC和震荡语言变量HC，输出语言变量为电磁耦合装置触发语言变量T；摇晃sr和震荡hr的基本论域(也就是实际变化范围)分别为[sr_min,sr_max]和[hr_min,hr_max]。

将输入模糊论域归一化为[-1,1]，具体计算公式如公式(1)。

在公式(1)中，k_sr、k_hr和k_wc为输入变量量化因子，sr为摇晃状态，hr为震荡状态，wc为蒲福风级，sr₁为论域归一化后的摇晃状态，hr₁为论域归一化后的震荡状态，wc₁为论域归一化后的蒲福风级。

需要说明的是，sr可以通过公式(2)确定得到，hr可以通过公式(3)确定得到。

在公式(2)中，Y为艏摇，P为纵摇，R为横摇，HE为垂荡，SU为纵荡，SW为横荡；设MO＝|hr+sr|。

在利用模糊控制器的过程中，输入变量采用模糊子集{Z,S,M,B}，该模糊子集分别表示零、小、中、大。在实际应用中，考虑到计算量和算法简便性的要求，在利用模糊控制器时可以选择对称、均匀分布、权交迭的三角形隶属函数。模糊控制器可以采用如下形式的控制语句：“If(MOis…)and(WC is…)then(Tis…)”。

根据无人艇的工作特征可实际控制经验，设置模糊规则库；例如：模糊规则库包含如下表1示出的模糊控制规则表；表1仅仅用于举例说明。

表1：

模糊控制器采用Mamdani最大-最小推理法则，该Mamdani最大-最小推理法则的具体内容如公式(4)。

在公式(4)中，

为第j条规则的激励强度，

为摇晃语言变量SC属于相应模糊子集a的隶属度，

为震荡语言变量HC属于相应模糊子集b的隶属度，

为电磁耦合装置触发语言变量T属于相应模糊子集的隶属度。

以上是关于模糊控制器的相关说明；为更好理解上述本方案的内容，通过以下过程A1至过程A8进行举例说明。

A1、通过卫星遥感图像确定台风中心区域的位置坐标。

A2、根据该台风中心区域的位置坐标编辑航线，并根据所编辑的航线生成航行计划；将航行计划下载到无人艇的自动驾驶仪中。

A3、在指定地点(如陆地或海岛岸边)将无人艇释放到海上。

A4、由内燃机推进艇身的内燃机为无人艇提供全部动力，通过控制纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制航向，使组合状态下的无人艇(内燃机推进艇身和纯电推进艇身铰接在一起)高速驶向台风中心区域。

A5、在组合状态下的无人艇的航行过程中，实时计算船体姿态和真风矢量。

A6、基于船体姿态和真风矢量，结合模糊控制器确定海况数据；当无人艇进入高海况区域时(海况数据满足脱离阈值)，控制电磁铰接装置脱开以分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身。

A7、分离后的纯电推进艇身继续按照航向计划航行至台风中心区域，并实时测量海气界面参数，以及通过北斗RDSS卫通装置将测量得到的海气界面参数回传到数据中心。

A8、分离后的内燃机推进艇身返航到预定海域。

通过以上内容可见，应用本方案后，无人艇在航行过程中无人艇的大部分航程由内燃机推进艇身提供航行动力，并在航行过程中实时确定海况数据。当海况数据满足脱离阈值或者当无人艇到达预设的脱离位置时，分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身。内燃机推进艇身返航以保护内燃机推进艇身不会熄火失控，由于纯电推进艇身具有优良的水密性，由分离后的纯电推进艇身继续前往台风中心区域采集台风的相关数据。

与上述本发明实施例提供的一种无人艇的控制方法相对应，参见图5，本发明实施例还提供了一种无人艇的控制系统的结构框图，该控制系统适用于无人艇，无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身；该控制系统包括：第一确定单元501、处理单元502、第二确定单元503和第一控制单元504；

第一确定单元501，用于基于预设的航行计划确定无人艇在当前航段的目标航速。

处理单元502，用于控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，并确定无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向。

第二确定单元503，用于根据航行计划、实际位置、实际航向和偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值。

第一控制单元504，用于基于螺旋桨转速调整值调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制无人艇的航向。

在本发明实施例中，确定无人艇在当前航段的目标航速。控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，从而为无人艇提供动力，通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制无人艇的航向，加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

优选的，结合图5示出的内容，航行计划至少包含多个目标航路点；第二确定单元503包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块和计算模块；各个模块的执行原理如下：

第一确定模块，用于根据无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向，并根据当前目标航路点和无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置。

第二确定模块，用于基于当前目标航路点、预期航迹、预期航迹位置和实际位置，确定偏航距离。

第三确定模块，用于基于偏航距离、航路点航向和实际航向，确定调整航向。

计算模块，用于通过调整航向和偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值。

优选的，结合图5示出的内容，该控制系统还包括：

计算单元，用于计算海面真风矢量和无人艇的船体姿态。

具体实现中，该计算单元具体用于：利用无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；结合海面的风速、海面的风向、无人艇的航速和无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；基于无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到无人艇的船体姿态。

判定单元，用于根据海面真风矢量、船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据。

脱离单元，用于当海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，当无人艇到达预设的脱离位置时，控制电磁铰接装置脱开以分离内燃机推进艇身和纯电推进艇身。

第二控制单元，用于控制分离后的内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的纯电推进艇身继续航行。

优选的，结合上述内容，该控制系统还包括：

采集单元，用于当分离后的纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，测量海气界面参数，并将海气界面参数回传至数据中心。

综上所述，本发明实施例提供一种无人艇的控制方法及系统，无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身；确定无人艇在当前航段的目标航速。控制内燃机推进艇身的内燃机以与目标航速对应的预设转速运行，从而为无人艇提供动力，通过调整纯电推进艇身的螺旋桨的转速来控制无人艇的航向，加强无人艇的航行能力以保证采集到台风的相关数据。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无人艇的控制方法，其特征在于，所述方法适用于无人艇，所述无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，所述方法包括：

基于预设的航行计划确定所述无人艇在当前航段的目标航速；

控制所述内燃机推进艇身的内燃机以与所述目标航速对应的预设转速运行，并确定所述无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；

根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；

基于所述螺旋桨转速调整值调整所述纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制所述无人艇的航向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述航行计划至少包含多个目标航路点；

根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值，包括：

根据所述无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向，并根据所述当前目标航路点和所述无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置；

基于所述当前目标航路点、所述预期航迹、所述预期航迹位置和所述实际位置，确定偏航距离；

基于所述偏航距离、所述航路点航向和所述实际航向，确定调整航向；

通过所述调整航向和所述偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态；

根据所述海面真风矢量、所述船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据；

当所述海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，当所述无人艇到达预设的脱离位置时，控制所述电磁铰接装置脱开以分离所述内燃机推进艇身和所述纯电推进艇身；

控制分离后的所述内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态，包括：

利用所述无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；

结合所述海面的风速、所述海面的风向、所述无人艇的航速和所述无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；

基于所述无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到所述无人艇的船体姿态。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行之后，所述方法还包括：

当分离后的所述纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，测量海气界面参数，并将所述海气界面参数回传至数据中心。

6.一种无人艇的控制系统，其特征在于，所述系统适用于无人艇，所述无人艇包含由电磁铰接装置铰接在一起的内燃机推进艇身和纯电推进艇身，所述系统包括：

第一确定单元，用于基于预设的航行计划确定所述无人艇在当前航段的目标航速；

处理单元，用于控制所述内燃机推进艇身的内燃机以与所述目标航速对应的预设转速运行，并确定所述无人艇的偏航角速率、实际位置和实际航向；

第二确定单元，用于根据所述航行计划、所述实际位置、所述实际航向和所述偏航角速率，确定得到螺旋桨转速调整值；

第一控制单元，用于基于所述螺旋桨转速调整值调整所述纯电推进艇身的螺旋桨的转速，以控制所述无人艇的航向。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述航行计划至少包含多个目标航路点；所述第二确定单元包括：

第一确定模块，用于根据所述无人艇前往的当前目标航路点确定航路点航向，并根据所述当前目标航路点和所述无人艇经过的上一个目标航路点确定预期航迹和预期航迹位置；

第二确定模块，用于基于所述当前目标航路点、所述预期航迹、所述预期航迹位置和所述实际位置，确定偏航距离；

第三确定模块，用于基于所述偏航距离、所述航路点航向和所述实际航向，确定调整航向；

计算模块，用于通过所述调整航向和所述偏航角速率，计算得到螺旋桨转速调整值。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

计算单元，用于计算海面真风矢量和所述无人艇的船体姿态；

判定单元，用于根据所述海面真风矢量、所述船体姿态和配置有模糊规则库的模糊控制器，判定得到海况数据；

脱离单元，用于当所述海况数据满足预设的脱离阈值时，和/或，当所述无人艇到达预设的脱离位置时，控制所述电磁铰接装置脱开以分离所述内燃机推进艇身和所述纯电推进艇身；

第二控制单元，用于控制分离后的所述内燃机推进艇身返航，以及按照预设的航行计划控制分离后的所述纯电推进艇身继续航行。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述计算单元具体用于：利用所述无人艇的艇载超声波测风装置，测量海面的风速和海面的风向；结合所述海面的风速、所述海面的风向、所述无人艇的航速和所述无人艇的航向，计算得到海面真风矢量；基于所述无人艇的惯性测量单元和GNSS组合罗经的航向进行捷联解算，以计算得到所述无人艇的船体姿态。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

采集单元，用于当分离后的所述纯电推进艇身航行到台风中心区域之后，测量海气界面参数，并将所述海气界面参数回传至数据中心。

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