一种波浪滑翔器位置保持方法及系统与流程

1.本发明涉及波浪滑翔器领域，特别是涉及一种波浪滑翔器位置保持方法及系统。


背景技术：

2.波浪滑翔器是一型利用波浪能为驱动力的无人自主航行器，利用船上的太阳能电池板为波浪滑翔器导航、通讯和运动控制等模块提供能源供给，具有长期连续航行、自主导航定位、人工智能识别等功能，可以实现对海洋水下、水面和空中信息的检测。
3.波浪滑翔器位置保持是指波浪滑翔器在目标点一定范围内进行位置保持的控制，以便于能够长期锚定在所设置的目标点，完成对更好的执行各种各样的海洋探测，目前，国内外有很多的波浪滑翔器位置保持方法，但普遍其定位精度不高，并在波浪滑翔器执行锚泊任务时能量消耗较大，存在很大的局限性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种波浪滑翔器位置保持方法及系统，以提高波浪滑翔器的定位精度并降低能源消耗。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种波浪滑翔器位置保持方法，包括：实时获取波浪滑翔器当前位置和位置保持信息；所述位置保持信息包括位置保持中心点和限制圆半径；根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定所述波浪滑翔器与所述位置保持中心点之间的距离；判断所述距离是否大于所述限制圆半径，得到判断结果；若所述判断结果为是，则利用los算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定期望航向角；所述期望航向角用于控制舵机进行打舵操作；若所述判断结果为否，则利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作。
6.可选地，所述距离的表达式为：其中，d表示距离，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标。
7.可选地，所述利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作，具体包括：根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角；
根据所述平台期望航向与当前航向角的差值进行打舵操作。
8.可选地，所述根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角，具体包括：当波浪滑翔器当前位置的纵坐标大于所述位置保持中心点的纵坐标时，确定所述平台期望航向角为；其中，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标；当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于或者等于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
9.一种波浪滑翔器位置保持系统，包括：实时获取模块，用于实时获取波浪滑翔器当前位置和位置保持信息；所述位置保持信息包括位置保持中心点和限制圆半径；距离确定模块，用于根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定所述波浪滑翔器与所述位置保持中心点之间的距离；判断模块，用于判断所述距离是否大于所述限制圆半径，得到判断结果；los算法规划模块，用于若所述判断结果为是，则利用los算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定期望航向角；所述期望航向角用于控制舵机进行打舵操作；位置保持模块，用于若所述判断结果为否，则利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作。
10.可选地，所述距离的表达式为：
其中，d表示距离，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标。
11.可选地，所述位置保持模块，具体包括：平台期望航向角确定子模块，用于根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角；打舵子模块，用于根据所述平台期望航向与当前航向角的差值进行打舵操作。
12.可选地，所述平台期望航向角确定子模块，具体包括：第一确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标大于所述位置保持中心点的纵坐标时，确定所述平台期望航向角为；其中，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标；第二确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于或者等于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；第三确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；第四确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为；第五确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
13.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明实时获取波浪滑翔器当前位置和位置保持信息；所述位置保持信息包括位置保持中心点和限制圆半径；根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定所述波浪滑翔器与所述位置保持中心点之间的距离；判断所述距离是否大于所述限制圆半径，得到判断结果；若所述判断结果为是，则利用los算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定期望航向角；所述期望航向角用于控制舵机进行打舵操作；若所述判断结果为否，则利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作。本发明通过位置保持控制算法减小了因外界环境而造成的定位误差和能量消耗，将波浪滑翔机的运动区域限制在一定范围内，保证波浪滑翔器在海上工作的可靠
性。
附图说明
14.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明提供的波浪滑翔器位置保持方法流程图；图2为本发明提供的波浪滑翔器位置保持方法效果示意图；图3为本发明提供的波浪滑翔器位置保持方法示意图。
具体实施方式
16.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。
17.本发明的目的是提供一种波浪滑翔器位置保持方法及系统，以提高波浪滑翔器的定位精度并降低能源消耗。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.如图1所示和图3所示，本发明提供的一种波浪滑翔器位置保持方法，包括：步骤101：实时获取波浪滑翔器当前位置和位置保持信息；所述位置保持信息包括位置保持中心点和限制圆半径。
20.设置波浪滑翔器位置保持中心点，引入限制圆，给出限制圆半径r，并建立直角坐标系。限制圆半径一般为500米。
21.步骤102：根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定所述波浪滑翔器与所述位置保持中心点之间的距离。所述距离的表达式为：其中，d表示距离，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标。
22.步骤103：判断所述距离是否大于所述限制圆半径，得到判断结果。若所述判断结果为是，则执行步骤104；若所述判断结果为否，则执行步骤105。
23.步骤104：利用los算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定期望航向角；所述期望航向角用于控制舵机进行打舵操作。
24.步骤105：利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作。所述利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作，具体包括：
根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角；所述根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角，具体包括：当波浪滑翔器当前位置的纵坐标大于所述位置保持中心点的纵坐标时，确定所述平台期望航向角为；其中，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标。
25.当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于或者等于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
26.当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
27.当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
28.当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
29.根据所述平台期望航向与当前航向角的差值进行打舵操作。
30.本发明设计波浪滑翔器位置保持算法，有效的增加了波浪滑翔器在海上的定位精度并减小了波浪滑翔器的能源消耗，进而保证波浪滑翔器在海上工作的可靠性，实现精确的海洋监测和资料获取。
31.如图3所示，本发明还提供了波浪滑翔器位置保持方法在实际应用中的具体工作流程：第一步获取位置信息确定航行算法：波浪滑翔器航行在海面上，依靠自身携带的gps进行实时定位，获取波浪滑翔器当前位置，通过通讯卫星给予波浪滑翔器一个位置保持中心点和限制圆半径r，位置保持点为限制圆中心，波浪滑翔器的主控系统计算当前位置坐标和目标点坐标得出两者之间的距离d，通过比较d和r的大小来确定波浪滑翔器的控制算法。其中，目标点即为限制圆中心点。
32.第二步未进入到限制圆时：通过罗盘采集当前航向角，利用los算法计算期望航向角，执行打舵使波浪滑翔器进入限制圆，通过gps模块对波浪滑翔器进行实时定位，获
取波浪滑翔器当前位置。当d》r时，即波浪滑翔器未进入到限制圆的时候，波浪滑翔器执行路径规划算法，通过自身的电子罗盘采集当前航向角，利用现有导航算法los算法计算当前位置和位置保持中心点来得出期望航向角，波浪滑翔器主控系统依据前航向角和期望航向角计算得来的差值来控制舵机进行打舵操作，使得波浪滑翔器朝着位置保持中心点的方向航行。
33.如图2所示，第三步进入限制圆后，根据目标点和滑翔机的实时位置来获得所需的航向执行位置保持算法，将滑翔机的运动区域限制在一定的范围内。进入到限制圆时：当d《r时，即波浪滑翔器进入到限制圆中在进入限制圆后，根据波浪滑翔器进入限制圆时的瞬时状态，执行位置保持算法。位置保持算法通过计算波浪滑翔器当前位置与目标点位置之间的坐标系夹角换算为平台期望航向角，波浪滑翔器主控系统计算期望航向角和电子罗盘采集的当前航向角的差值，舵机进行打舵操作，控制使波浪滑翔器由当前位置驶向目标位置点，实现平台的位置锚定。
34.位置保持算法如下：当平台当前位置的大于目标位置的时，则波浪滑翔器的期望航向角为当平台当前位置的小于目标位置的，平台当前位置的大于等于目标位置的，则波浪滑翔器的期望航向角为，当平台当前位置的小于目标位置的，平台当前位置的小于目标位置的，则波浪滑翔器的期望航向角为，当平台当前位置的等于目标位置的，平台当前位置的大于目标位置的，则波浪滑翔器的期望航向角为，当平台当前位置的等于目标位置的，平台当前位置的小于目标位置的，则波浪滑翔器的期望航向角为，如果波浪滑翔器驶出限制圆后，则重复之前的步骤，通过上述步骤，实现波浪滑翔器更高的定位精度。其中，位置保持算法中波浪滑翔器的期望航向角即为平台期望航向角。
35.其中，波浪滑翔器位置保持算法的表达式为：
其中，代表波浪滑翔器当前位置坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点坐标。
36.在波浪滑翔器进行位置保持的过程中，波浪滑翔器会因强烈的外界干扰而导致其偏离目标点，对滑翔机采用稳健高效的运动控制策略具有重要意义，本发明设计了位置保持控制算法减小了因外界环境而造成的定位误差和能量消耗，将波浪滑翔机的运动区域限制在一定范围内，保证波浪滑翔器在海上工作的可靠性。
37.本发明提供的一种波浪滑翔器位置保持系统，包括：实时获取模块，用于实时获取波浪滑翔器当前位置和位置保持信息；所述位置保持信息包括位置保持中心点和限制圆半径。
38.距离确定模块，用于根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定所述波浪滑翔器与所述位置保持中心点之间的距离。
39.判断模块，用于判断所述距离是否大于所述限制圆半径，得到判断结果；los算法规划模块，用于若所述判断结果为是，则利用los算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点确定期望航向角；所述期望航向角用于控制舵机进行打舵操作。
40.位置保持模块，用于若所述判断结果为否，则利用位置保持算法根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点控制打舵操作。
41.作为一种可选地实施方式，所述距离的表达式为：其中，d表示距离，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标。
42.作为一种可选地实施方式，所述位置保持模块，具体包括：平台期望航向角确定子模块，用于根据所述波浪滑翔器当前位置和所述位置保持中心点之间的坐标系夹角进行转换，得到平台期望航向角。
43.打舵子模块，用于根据所述平台期望航向与当前航向角的差值进行打舵操作。
44.作为一种可选地实施方式，所述平台期望航向角确定子模块，具体包括：第一确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标大于所述位置保持中心点的纵坐标时，确定所述平台期望航向角为；其中，代表波浪滑翔器当前位置的横坐标，代表波浪滑翔器当前位置的纵坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的横坐标，代表波浪滑翔器位置保持中心点的纵坐标；第二确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于或者等于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
45.第三确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标小于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
46.第四确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标大于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
47.第五确定单元，用于当波浪滑翔器当前位置的纵坐标等于所述位置保持中心点的纵坐标且当波浪滑翔器当前位置的横坐标小于所述位置保持中心点的横坐标时，确定所述平台期望航向角为。
48.本发明能够克服波浪滑翔器在海面上运动时的强烈外界干扰而导致定位精度不高并能耗太大的问题，该算法能将滑翔机的运动区域限制在一定范围内，实现精确的波浪滑翔器位置保持。本发明所涉及的一种波浪滑翔器位置保持方法也可扩展到与波浪滑翔器结构类似的其他多体机构的航行器上。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
50.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。