无人船舶航行精度实船测试方法和系统与流程

1.本发明涉及无人船舶试验测试技术领域，具体地，涉及一种无人船舶航行精度实船测试方法和系统。


背景技术：

2.专利文献cn112463617a(申请号：cn202011401610.4)公开了一种基于多模拟器的无人艇航行任务控制软件测试方法，包括：模拟艇平台的运动状态，根据多个模拟器的输入状态运行，并反馈包含运动特性的运动状态，实现对航行控制软件的测试；以及，模拟艇上设备和目标数据，实现对任务控制软件的测试。
3.目前针对无人船舶航行精度实船测试试验大部分是基于目前现有标准t/gdaqi038-2020《电动无人船操纵性试验方法》开展，该方法中提到对无人船实时的运动轨迹及航行精度进行测量记录需利用定位精度不大于5m的卫星定位设备，其测量精度取决于卫星定位设备以及天线周围环境开阔程度，测量精度要求越高，卫星定位设备精度要求越高，成本代价越大，测试过程中若天线周围出现遮挡物，可能出现信号延迟、中断或数据波动较大等现象，需增加测试航次或延长测试时间来获得有效的测试数据，对整个测试效率产生影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无人船舶航行精度实船测试方法和系统。
5.根据本发明提供的无人船舶航行精度实船测试方法，包括：
6.步骤1：对测试设备进行布设、安装固定，并对测试设备的精度、时间戳、转向角度零位进行标定；
7.步骤2：按照预设航路和航行参数进行测试试验，控制光学追踪设备对无人船上的靶物进行识别跟踪；
8.步骤3：利用测试设备对无人船航行数据进行测量并记录，包括测量记录时间戳、测试设备同靶物的间距值、gps轨迹数据、靶物云台转动角度、光学追踪设备转动角度和高速摄影机摄录影像；
9.步骤4：待所有航次试验完成后，取多组对同一时间戳下的gps轨迹数据和测距设备所测的间距值进行比较分析，最终得到无人船准确的航行精度。
10.优选的，所述步骤1包括：
11.步骤1.1：测量测试设备布放的位置坐标；
12.步骤1.2：测量靶物安装位置同船载gps天线之间的相对位置；
13.步骤1.3：将测试设备高度调整至同无人船靶物中心高度一致位置。
14.优选的，所述步骤2包括：
15.对于圆形航路，以测量设备安装位置坐标点为圆心，按照预设航速下对应的最小
的回转半径规划圆形航路；
16.对于直线航路，沿光学探照设备所照射的光线方向设置一条与其垂直的直线航路，直线航路试验前，将靶物替换成与弦长等长的靶物。
17.优选的，所述步骤3包括：
18.对于圆形航路，将无人船驶进预设航路，通过高速摄影机全程摄录测试过程，利用光学追踪设备及靶物携带的自稳云台保证测量其方向始终同靶物垂直，同时保证其靶点落在靶物有效范围内，利用测距设备照射无人船上靶物得出测量点距无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出圆形航路的航迹半径，每隔预设周期采集记录其间距数据，并根据测试结果形成航行轨迹；
19.对于直线航路，将无人船驶近光学探照设备所照射路径，通过高速摄影机记录光线在靶物上成像状态，记录初始及最终成像时间戳及对应的靶物云台转动角度，结合在同一时间戳下gps轨迹坐标同照射路径之间的间距值，得出最终弦长方向的航行精度误差，同时每隔预设周期利用测距设备在无人船垂直通过探照设备所照射路径过程中记录测量点同无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出直线航路的航迹。
20.优选的，根据得到的航行精度布置航道及边界标志物，再一次以测量航行精度时所设置的航行参数进行航行精度验证试验，期间无人船若与边界标志物发生碰撞，则重新对其精度进行测试，若未与边界物发生碰撞，则证明先前测试结果有效。
21.根据本发明提供的无人船舶航行精度实船测试系统，包括：
22.模块m1：对测试设备进行布设、安装固定，并对测试设备的精度、时间戳、转向角度零位进行标定；
23.模块m2：按照预设航路和航行参数进行测试试验，控制光学追踪设备对无人船上的靶物进行识别跟踪；
24.模块m3：利用测试设备对无人船航行数据进行测量并记录，包括测量记录时间戳、测试设备同靶物的间距值、gps轨迹数据、靶物云台转动角度、光学追踪设备转动角度和高速摄影机摄录影像；
25.模块m4：待所有航次试验完成后，取多组对同一时间戳下的gps轨迹数据和测距设备所测的间距值进行比较分析，最终得到无人船准确的航行精度。
26.优选的，所述模块m1包括：
27.模块m1.1：测量测试设备布放的位置坐标；
28.模块m1.2：测量靶物安装位置同船载gps天线之间的相对位置；
29.模块m1.3：将测试设备高度调整至同无人船靶物中心高度一致位置。
30.优选的，所述模块m2包括：
31.对于圆形航路，以测量设备安装位置坐标点为圆心，按照预设航速下对应的最小的回转半径规划圆形航路；
32.对于直线航路，沿光学探照设备所照射的光线方向设置一条与其垂直的直线航路，直线航路试验前，将靶物替换成与弦长等长的靶物。
33.优选的，所述模块m3包括：
34.对于圆形航路，将无人船驶进预设航路，通过高速摄影机全程摄录测试过程，利用光学追踪设备及靶物携带的自稳云台保证测量其方向始终同靶物垂直，同时保证其靶点落
在靶物有效范围内，利用测距设备照射无人船上靶物得出测量点距无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出圆形航路的航迹半径，每隔预设周期采集记录其间距数据，并根据测试结果形成航行轨迹；
35.对于直线航路，将无人船驶近光学探照设备所照射路径，通过高速摄影机记录光线在靶物上成像状态，记录初始及最终成像时间戳及对应的靶物云台转动角度，结合在同一时间戳下gps轨迹坐标同照射路径之间的间距值，得出最终弦长方向的航行精度误差，同时每隔预设周期利用测距设备在无人船垂直通过探照设备所照射路径过程中记录测量点同无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出直线航路的航迹。
36.优选的，根据得到的航行精度布置航道及边界标志物，再一次以测量航行精度时所设置的航行参数进行航行精度验证试验，期间无人船若与边界标志物发生碰撞，则重新对其精度进行测试，若未与边界物发生碰撞，则证明先前测试结果有效。
37.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
38.本发明在gps测量的基础上增加位置固定的高精度光学测试设备对其航行精度进行测试，综合gps以及光学测量结果，提高了测试精度，并且光学测试设备不受gps信号接收质量的影响，提高了测试效率。
附图说明
39.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
40.图1是本发明的流程图；
41.图2是本发明的测试设备布设示意图；
42.图3是本发明的圆形航路试验方案示意图；
43.图4是本发明的直线航路试验方案示意图。
具体实施方式
44.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
45.实施例：
46.本发明提供了一种无人船舶航行精度实船测试方法，其具体设计方案如图1所示：
47.1.对测试设备进行布设、安装固定
48.设备布设如图2所示，首先完成件1(水下基础)的固定，后通过潜水员将件2(升降旋转平台)同件1完成安装固定，后将件3(光学追踪、测距、探照以及高速摄影机集成装置)同件2安装固定，后将件4(靶物)安装至件5(无人船)侧舷最外侧。直线设备布设如图4所示，首先完成件1(水下基础)的固定，后通过潜水员将件2(升降旋转平台)同件1完成安装固定，后将件3(光学追踪测距集成装置)同件2安装固定，后将件4(靶物)安装至件5(无人船)侧舷最外侧。图中6为水线，7为光源射线。
49.2.对测试设备精度、时间戳、转向角度零位等进行标定；
50.1)测量测试设备布放的位置坐标；
51.2)测量靶物安装位置同船载gps天线之间的相对位置；
52.3)将测试设备高度调整至同无人船靶物中心高度一致位置。
53.3.按照规定航路以制定的航行参数开始试验；
54.1)圆形航路
55.以测量设备安装位置坐标点为圆心，按照预设航速下对应的最小的回转半径规划圆形航路，如图3所示。
56.2)直线航路
57.沿光学探照设备所照射的光线方向设置一条与其垂直的直线航路，如图4所示。直线航路试验前，需将靶物替换成与弦长等长的靶物。
58.4.控制光学追踪设备对无人船上的靶物进行识别跟踪；
59.5.利用测试设备对无人船航行数据进行测量并记录；
60.1)圆形航路
61.此航路试验中首先需开启图2中的件3的所有模块。将无人船驶进预设航路，高速摄影机开始全程摄录测试过程，利用光学追踪模块及靶物携带的自稳云台保证测量其方向始终同靶物垂直，同时可保证其靶点落在靶物有效范围内；利用测距模块照射无人船上靶物得出测量点距无人船的间距值，此间距值加上靶物同gps的相对位置得出圆形航路的航迹半径；每隔一定周期采集记录其间距数据，并根据测试结果形成航行轨迹。
62.2)直线航路
63.此航路试验中首先需将图2中的件3设置为固定模式，关闭光学追踪模块，开启探照模块、高速摄影机及测距模块。将无人船驶近光学探照模块所照射路径，通过高速摄影机，记录光线在靶物上成像状态，记录初始及最终成像时间戳及对应的靶物云台转动角度，可结合在同一时间戳下gps轨迹坐标同照射路径之间的间距值，得出最终弦长方向的航行精度误差；同时每隔一定周期利用测距模块在无人船垂直通过探照设备所照射路径过程中记录测量点同无人船的间距值，此间距值加上靶物同gps的相对位置得出直线航路的航迹。
64.6.待所有航次试验完成后，取若干组对同一时间戳下的gps轨迹数据和测距设备所测的间距值进行比较分析，最终得到无人船准确的航行精度；
65.7.根据所得到的航行精度，布置航道及边界标志物；
66.再一次以测量航行精度时所设置的航行参数进行航行精度验证试验，期间无人船若与边界标志物发生碰撞，则需重新对其精度进行测试，若未与边界物发生碰撞，则证明先前测试结果有效。
67.根据本发明提供的无人船舶航行精度实船测试系统，包括：模块m1：对测试设备进行布设、安装固定，并对测试设备的精度、时间戳、转向角度零位进行标定；模块m2：按照预设航路和航行参数进行测试试验，控制光学追踪设备对无人船上的靶物进行识别跟踪；模块m3：利用测试设备对无人船航行数据进行测量并记录，包括测量记录时间戳、测试设备同靶物的间距值、gps轨迹数据、靶物云台转动角度、光学追踪设备转动角度和高速摄影机摄录影像；模块m4：待所有航次试验完成后，取多组对同一时间戳下的gps轨迹数据和测距设备所测的间距值进行比较分析，最终得到无人船准确的航行精度。
68.所述模块m1包括：模块m1.1：测量测试设备布放的位置坐标；模块m1.2：测量靶物
安装位置同船载gps天线之间的相对位置；模块m1.3：将测试设备高度调整至同无人船靶物中心高度一致位置。所述模块m2包括：对于圆形航路，以测量设备安装位置坐标点为圆心，按照预设航速下对应的最小的回转半径规划圆形航路；对于直线航路，沿光学探照设备所照射的光线方向设置一条与其垂直的直线航路，直线航路试验前，将靶物替换成与弦长等长的靶物。所述模块m3包括：对于圆形航路，将无人船驶进预设航路，通过高速摄影机全程摄录测试过程，利用光学追踪设备及靶物携带的自稳云台保证测量其方向始终同靶物垂直，同时保证其靶点落在靶物有效范围内，利用测距设备照射无人船上靶物得出测量点距无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出圆形航路的航迹半径，每隔预设周期采集记录其间距数据，并根据测试结果形成航行轨迹；对于直线航路，将无人船驶近光学探照设备所照射路径，通过高速摄影机记录光线在靶物上成像状态，记录初始及最终成像时间戳及对应的靶物云台转动角度，结合在同一时间戳下gps轨迹坐标同照射路径之间的间距值，得出最终弦长方向的航行精度误差，同时每隔预设周期利用测距设备在无人船垂直通过探照设备所照射路径过程中记录测量点同无人船的间距值，将该间距值加上靶物同gps的相对位置得出直线航路的航迹。根据得到的航行精度布置航道及边界标志物，再一次以测量航行精度时所设置的航行参数进行航行精度验证试验，期间无人船若与边界标志物发生碰撞，则重新对其精度进行测试，若未与边界物发生碰撞，则证明先前测试结果有效。
69.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
70.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
71.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。