一种双体无人船的定点返航调控方法及装置与流程

1.本发明涉及无人船控制的技术领域，尤其涉及一种双体无人船的定点返航调控方法及装置。


背景技术：

2.无人船是一种具备自主航行或远程遥控功能以实现正常航行、操纵及作业的水面航行器，可通过搭载各种任务载荷执行指定任务，由于其具有操作安全、高效节能、成本低等优点，被广泛应用于水域自动化作业领域。
3.由于无人船的在水中容易受到各种不稳定的因素影响(例如风、浪、流的扰动)，导致无人船在定点停泊时容易出现偏离的现象，使得无人船逐渐远离其目标位置点或其当前的定位点。为了让无人船固定停泊在特定的位置，目前常用的方法是：当发现无人船出现偏移时，确定无人船的当前位置点，然后基于当前位置点和目标位置点(或目标定位点)重新规划行驶线路，供无人船航行至目标定位点。
4.但目前常用的方法有如下技术问题：虽然重新纠正航线让无人船行驶，但无人船返航的过程中仍然可能受到各种不稳定因素影响而使无人船再次偏离其航线而无法航行至定点位置，进而需要多次重复为无人船规划新的行驶路线，不但增加了纠正的工作量和数据处理量，而且航线规划和调整的效率低，增加了航行的耗时。


技术实现要素：

5.本发明提出一种双体无人船的定点返航调控方法及装置，所述方法可以在确定无人船出现偏移时，实时计算返航所需的控制参数以及可应对环境扰动的返航补偿参数，基于两个参数实时控制无人船移动，使无人船能快速返回其定位点，以减少环境扰动影响对返航的影响，并缩短调控耗时，提高调控的效率。
6.本发明实施例的第一方面提供了一种双体无人船的定点返航调控方法，所述方法包括：
7.当确定无人船偏离定点位置时，分别计算无人船的返航控制参数，以及应对环境扰动的补偿控制参数；
8.基于所述返航控制参数和所述补偿控制参数控制无人船返回至定点位置。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述返航控制参数包括返航速率值和返航角度值；
10.所述返航控制参数的计算操作具体为：
11.分别获取无人船的当前位置和偏离角度值；
12.计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值；
13.基于所述位置距离值与定点保持容差半径值的差值计算返航速率值；
14.基于所述偏离角度值计算航向角度值。
15.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述偏离角度值的计算操作具体为：
16.分别获取当前位置的经度和纬度，以及定点位置的经度和纬度；
17.基于所述当前位置的经度和纬度，以及所述定点位置的经度和纬度计算偏离角度值。
18.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述补偿控制参数包括补偿速率值和补偿角度值；
19.所述补偿控制参数的计算参照具体为：
20.分别获取实时状态参数和历史状态参数；
21.利用所述历史状态参数与预设的第一扰动参数构建状态方程，利用所述实时状态参数与预设的第二扰动参数构建观测方程；
22.调用预设的卡尔曼滤波器对所述状态方程和所述观测方程进行估算，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值；
23.其中，预设的卡尔曼滤波器设有噪声统计时变估值器，所述预设的卡尔曼滤波器是以无人船的历史状态参数以及第一扰动参数作为状态变量，以无人船的实时测量状态参数以及第二扰动参数作为测量变量，搭建的卡尔曼滤波模型。
24.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述调用预设的卡尔曼滤波器对所述状态方程和所述观测方程进行估算，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值，包括：
25.将所述状态方程和所述观测方程代入预设的卡尔曼滤波器，由预设的卡尔曼滤波器调用噪声统计时变估值器根据统计的噪声进行评估，得到评估参数；
26.利用所述评估参数构建动力学方程；
27.对所述动力学方程进行逆动力学求解，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值。
28.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述利用所述评估参数构建动力学方程，包括：
29.将所述评估参数加入预设的动力学模型中，并求解动力学方程；
30.所述预设的动力学模型是基于双体无人船的位置坐标系与一阶线性响应模型构建得到；
31.所述动力学模型如下式所示：
[0032][0033][0034]
上式中，δ为输入舵角，r为无人船的首摇速度值，kr和tr分别为船舶操纵指数；a和b为水面无人船的速度方程参数，u为无人船的航行速度，ε为油门输入值。
[0035]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基于所述返航控制参数和所述补偿控制参数控制无人船返回至定点位置，包括：
[0036]
采用所述返航控制参数和所述补偿控制参数分别计算期望航向值和期望速度值；
[0037]
基于所述期望航向值和期望速度值计算无人船推进器的推力参数；
[0038]
按照所述推力参数控制无人船返回至定点位置。
[0039]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述推力参数，包括：左油门量和右油门量；
[0040]
所述左油门量的计算如下式所示：
[0041][0042]
所述右油门量的计算如下式所示：
[0043][0044]
上式中，t
left
为左油门量，t
right
为右油门量，k1和k2为动力分配比例因子，thrust是与所述期望速度值等效的虚拟推力，rudder是与所述期望航向值等效的虚拟舵量，其中，
[0045][0046]
r为定点保持容差半径值，d为位置距离值，为偏离角度值。
[0047]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述确定无人船偏离定点位置，具体为：
[0048]
计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值；
[0049]
若所述位置距离值大于定点保持容差半径值，则确定无人船偏离定点位置；
[0050]
若所述位置距离值小于定点保持容差半径值，则确定无人船未偏离定点位置。
[0051]
本发明实施例的第二方面提供了一种双体无人船的定点返航调控装置，所述装置包括：
[0052]
计算模块，用于当确定无人船偏离定点位置时，分别计算无人船的返航控制参数，以及应对环境扰动的补偿控制参数；
[0053]
调控模块，用于基于所述返航控制参数和所述补偿控制参数控制无人船返回至定点位置。
[0054]
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法及装置，其有益效果在于：本发明可以在确定无人船出现偏移时，实时计算返航所需的控制参数以及可应对环境扰动的返航补偿参数，基于两个参数实时控制无人船移动，使无人船能快速返回其目标位置点，以减少环境扰动影响对返航的影响，使得无人船可以平稳地返航至定点位置，也可以避免返航过程中出现多条调整航线的问题，以缩短调控耗时，提高调控的效率。
附图说明
[0055]
图1是本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法的流程示意图；
[0056]
图2是本发明一实施例提供的无人船的偏离角的示意图；
[0057]
图3是本发明一实施例提供的无人船的坐标系示意图；
[0058]
图4是本发明一实施例提供的计算补偿控制参数的操作流程图；
[0059]
图5是本发明一实施例提供的计算推力参数的操作流程图；
[0060]
图6是本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法的操作流程图；
[0061]
图7是本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控装置的结构示意图。
具体实施方式
[0062]
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作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。
[0063]
目前常用的返航调控方法有如下技术问题：虽然重新纠正航线让无人船行驶，但无人船返航的过程中仍然可能受到各种环境扰动影响而使无人船再次偏离其航线而无法航行至定点位置，进而需要多次重复为无人船规划新的行驶路线，不但增加了纠正的工作量和数据处理量，而且航线规划和调整的效率低，增加了航行的耗时。
[0064]
为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本技术实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法进行详细介绍和说明。
[0065]
参照图1，示出了本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法的流程示意图。
[0066]
其中，作为示例的，所述双体无人船的定点返航调控方法，可以包括：
[0067]
s11、当确定无人船偏离定点位置时，分别计算无人船的返航控制参数，以及应对环境扰动的补偿控制参数。
[0068]
在一实施例中，可以对无人船的当前位置进行检测，确定无人船是否偏离定点位置，若确定无人船有偏离，即可立即计算无人船的返航控制参数和补偿控制参数。
[0069]
在一实施例中，无人船在水中可能因浪或水流的翻滚，使得无人船在定点位置往返摇摆，但其实际并未离开定点位置。因此，为了能准确确定无人船偏离其定点位置，其中，作为示例的，步骤s11可以包括以下子步骤：
[0070]
s111、计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值。
[0071]
s112、若所述位置距离值大于定点保持容差半径值，则确定无人船偏离定点位置。
[0072]
s113、若所述位置距离值小于定点保持容差半径值，则确定无人船未偏离定点位置。
[0073]
具体地，可以分别获取无人船的当前位置的坐标点和定点位置的坐标点，然后基于两个坐标点计算两个位置之间的距离值。接着判断位置距离值是否大于定点保持容差半径值，若位置距离值大于定点保持容差半径值，则确定无人船偏离定点位置，否则，则确定无人船无偏离定点位置。
[0074]
其中，定点保持容差半径值是指以定点位置为中心的一个可供无人船摇晃移动的区域半径，半径距离值可以根据实际需要进行调整。
[0075]
具体地，位置距离值的计算如下式所示：
[0076][0077]
上式中，d为位置距离值，r为地球半径，bw为定点位置的纬度，bj为定点位置的经度，aw为当前位置的纬度，aj为当前位置的经度。
[0078]
通过设定半径距离值，可以让无人船在圆内对航速进行调控，使之按照一定规律降低，使得定点保持效果更有弹性。
[0079]
由于无人船在水中可能不同方向移动，为了能让无人船准确返航至定点位置，在一实施例中，所述返航控制参数包括返航速率值和返航角度值。
[0080]
其中，作为示例的，所述返航控制参数的计算操作具体包括：
[0081]
s21、分别获取无人船的当前位置和偏离角度值。
[0082]
参照图2，示出了本发明一实施例提供的无人船的偏离角的示意图。
[0083]
其中，偏离角度值为无人船的当前方向与无人船的当前位置和定点位置的连线的偏离角度。
[0084]
其中，步骤s21可以包括以下子步骤：
[0085]
s211、分别获取当前位置的经度和纬度，以及定点位置的经度和纬度。
[0086]
s212、基于所述当前位置的经度和纬度，以及所述定点位置的经度和纬度计算偏离角度值。
[0087]
具体地，偏离角度值的计算如下式所示：
[0088]
其中偏离角的取值范围为
[0089]
其中，为偏离角度值，ψ为无人船艇艏向角，bw为定点位置的纬度，bj为定点位置的经度，aw为当前位置的纬度，aj为当前位置的经度。
[0090]
s22、计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值。
[0091]
具体地，位置距离值的计算如上式所示，具体可参照上式计算。
[0092]
s23、基于所述位置距离值与定点保持容差半径值的差值计算返航速率值。
[0093]
具体地，返航速率值的计算可如下式所示：
[0094]
v＝k*(d-r)；
[0095]
其中，d为位置距离值，r为定点保持容差半径值，k为速度比例系数(单位为m/s)。
[0096]
s24、基于所述偏离角度值计算航向角度值。
[0097]
在一实施例中，为了能让无人船能灵活地返回至定点位置，可以根据偏离角度值的大小计算航向角度值。
[0098]
具体地，当偏离角度值小于90度时，可以以偏离角度值为航向角度值；当偏离角度值大于90度时，可以180度减去偏离角度值得到航向角度值。
[0099]
例如，若偏离角度值为60度时，则航向角度值为60；若偏离角度值大于120度，则航向角度值为180-120＝60度。
[0100]
由于偏离角度值小于九十度时，可以选择指向位置点，可以直接控制无人船前进至保持点的位置，当偏离角大于九十度时，直接控制无人船执行行驶至定点位置，无人船需要绕一个大圈，可以让无人船直接背向行驶至定点位置，以缩短无人船的形式距离，减少行驶过程中受风浪影响的概率。
[0101]
通过上述控制策略，可以根据其偏离角度更灵动的收敛到达定点位置，提高调控的效率。
[0102]
由于无人船的航向需要返航速率值和返航角度值，对应地，为了给返航速率值和返航角度值进行补偿，在一实施例中，所述补偿控制参数包括补偿速率值和补偿角度值；
[0103]
补偿速率值和补偿角度值补偿为推力和舵量的补偿值，可以根据动力分配策略把
推力与舵量等效为两个推进力的推力值。
[0104]
其中，作为示例的，所述补偿控制参数的计算参照具体包括：
[0105]
s31、分别获取实时状态参数和历史状态参数。
[0106]
在本实施例中，实时状态参数可以是无人船的当前前进速度和当前艏摇角速度。历史状态参数可以是无人船在先一次进行返航的前进速度和艏摇角速度，或者在先的某一个时间节点的前进速度和艏摇角速度，具体的时间节点可以根据实际需要进行调整。
[0107]
s32、利用所述历史状态参数与预设的第一扰动参数构建状态方程，利用所述实时状态参数与预设的第二扰动参数构建观测方程。
[0108]
具体地，状态方程如下式所示：
[0109]
x(k)＝x(k-1) w(k-1)；
[0110]
其中，k时刻标记，k为当前时刻，k-1为上一时刻。
[0111]
观测方程如下式所示：
[0112]
y(k)＝x(k) v(k)；
[0113]
上式中，x(k)和y(k)分别为实时状态变量和观测状态变量矩阵，x(k-1)为历史状态参数，w(k-1)和v(k)分别为第一扰动参数和第二扰动参数，扰动参数的数值大小可以根据实际情况进行调整，可以是用户预先设定的数值。具体地，w(k)和v(k)分别为输入噪声和测量噪声，状态变量矩阵由艏向角yaw、航速、附体坐标系下x、y轴的加速度组成。
[0114]
根据imu(惯性测量单元)测量值和卡尔曼滤波增益举矩阵来动态修正状态向量，不断提高预测准确性。通过预测的状态值和无人艇的数学模型对未来有限时间内的姿态进行可靠预报，使得更好的定点保持控制效果。
[0115]
通过增加扰动参数，可以模拟外界环境的风、浪、流对无人船的影响，进而能计算需要的补偿参数。
[0116]
s33、调用预设的卡尔曼滤波器对所述状态方程和所述观测方程进行估算，分别得到补偿速率值和补偿角度值。
[0117]
在一实施例中，可以调用预设的卡尔曼滤波器采用两个方程进行评估计算，分别计算得到补偿速率值和补偿艏向角度值。
[0118]
由于卡尔曼滤波器是针对带有随机噪声的信号进行最有滤波的一种有效算法，由一系列递归过程组成，具有较好的动态和抗扰动性能，能够实现在线状态估计。
[0119]
可选地，利用卡尔曼滤波器设计噪声估计器，所述的卡尔曼滤波器是以无人船的历史状态参数以及第一扰动参数作为状态变量，以无人船的实时测量状态参数以及第二扰动参数作为测量变量，搭建的卡尔曼滤波模型。
[0120]
具体地，历史航行状态参数为在先时刻的历史状态参数x(k-1)，第一扰动参数为输入噪声w(k-1)。实时状态变量矩阵是x(k)，第二扰动参数为测量噪声v(k)。
[0121]
在一实施例中，步骤s33可以包括以下子步骤：
[0122]
s331、将所述状态方程和所述观测方程代入预设的卡尔曼滤波器，由预设的卡尔曼滤波器进行在线估计，得到状态的估计值。。
[0123]
s332、利用所述评估参数构建动力学方程。
[0124]
在一实施例中，子步骤s332可以包括以下子步骤：
[0125]
s3321、将得到的状态估计值加入预设的动力学模型中，并求解动力学方程；
[0126]
所述预设的动力学模型是基于双体无人船的位置坐标系与一阶线性响应模型构建得到。
[0127]
所述动力学模型如下式所示：
[0128][0129][0130]
上式中，δ为输入舵角，r为无人船的首摇速度值，kr和tr分别为船舶操纵指数；a和b为水面无人船的速度方程参数，u为无人船的航行速度，ε为油门输入值。
[0131]
参照图3，示出了本发明一实施例提供的无人船的坐标系示意图。
[0132]
在本实施例中，研究无人艇水上运动过程，一般采用惯性坐标系和附体坐标系两种坐标系统，如图3所示，oexeye为固定在地球表面的惯性坐标系统，obxbyb为原点位于无人艇中水面的前后左右对称点上的附体坐标系。并且跟据实际研究需要，仅考虑无人艇水平面的运动情况，忽略垂荡、横摇和纵摇，将船舶六自由度运动简化为水平面的横荡、纵荡、艏摇三自由度运动，考虑前进速度u、横移速度v、无人船的首摇速度值r。
[0133]
由于卡尔曼滤波估计的状态更接近于系统过程方程中的状态，能有效减少传感器噪声给控制器噪声带来的影响，控制过程中对扰动在线估计后，根据前文的动力学模型的动力学方程，求得的新的航向角度和航速应满足下述动力学方程：
[0134][0135][0136]
s333、对所述动力学方程进行逆动力学求解，分别得到补偿速率值和补偿角度值。
[0137]
对上述动力学方程进行逆动力学求解，分别可以得到补偿速率值和补偿角度值，具体如下式所示：
[0138]
补偿速率值：
[0139]
补偿角度值：
[0140]
在本实施例中，预设的卡尔曼滤波器设有噪声统计时变估值器，所述预设的卡尔曼滤波器是以无人船的历史状态参数以及第一扰动参数作为状态变量，以无人船的实时状态参数以及第二扰动参数作为测量变量，搭建的卡尔曼滤波模型。
[0141]
采用卡尔曼滤波对未来有限时间内的姿态进行可靠预报，所建立的主动增强扰动补偿控制器，通过船载组合导航测量船舶运动的艏向角yaw、航速、附体坐标系下x、y轴的加速度，无人艇模型结合卡尔曼滤波算法处理测量到的数据，对无人艇的航向、航速进行补偿控制，视线精度较高的定点保持效果。同时卡尔曼滤波带有一定的自主修正能力，可以不断运用实际测量数据与状态估计值进行比较，不断的修正卡尔曼滤波增益，以提高预测精度。
[0142]
参照图4，示出了本发明一实施例提供的计算补偿控制参数的操作流程图。
[0143]
在实际操作中，可以使用标称控制器，通过标称控制器进行调控。
[0144]
具体地，将返航控制参数输入至标称控制器，触发标称控制器调用卡尔曼滤波模型进行补偿评估，最后求得补偿速率值和补偿角度值，在利用这两个补充数值搭建对应的补偿控制器，分别得到：
[0145]
速率扰动补偿控制器为：
[0146]
角度扰动补偿控制器为：
[0147]
由于控制期间存在环境中风、浪、流等扰动，故采用卡尔曼滤波器对扰动在线估计，再设计可主动增强的补偿控制器，最后由补偿控制器前馈补偿至标称控制器中，由标称控制器(例如：pid控制器)对双体无人艇进行控制，以减少水中各种环境扰动和扰动对船的影响。
[0148]
使用卡尔曼滤波模型在线估计风、浪、流的扰动，建立主动增强控制器，建立航向、航速补偿控制器，用以补偿建模过程中带来的不确定性给控制系统带来的影响，提高模型的性能，而且根据提出的在线主动增强定点保持控制器，结合标称控制器，在线估计扰动生成前馈补偿控制器到标称控制器中，对双体无人艇进行定点保持控制，在控制中加入扰动的影响，可以更精准的实现定点保持控制。
[0149]
s12、基于所述返航控制参数和所述补偿控制参数控制无人船返回至定点位置。
[0150]
在确定返航控制参数和补偿控制参数后，可以利用两个控制参数控制无人船推动电机，使无人船可以按照特定的方向和速度返航，回到定点位置中。
[0151]
在一可选的实施例中，步骤s12可以包括以下子步骤：
[0152]
s121、采用所述返航控制参数和所述补偿控制参数分别计算期望航向值和期望速度值。
[0153]
具体地，将返航速率值与补偿速率值相加，得到期望速度值，将返航角度值与补偿角度值相加，得到期望航向值。
[0154]
s122、基于所述期望航向值和期望速度值计算无人船推进器的推力参数。
[0155]
在一实施例中，无人船为双体无人船，左右两边各有一个推动电机，从左右两边推动无人船前进。
[0156]
其中，作为示例的，所述推力参数，包括：左油门量和右油门量；
[0157]
其中，所述左油门量的计算如下式所示：
[0158][0159]
所述右油门量的计算如下式所示：
[0160][0161]
上式中，t
left
为左油门量，t
right
为右油门量，k1和k2为动力分配比例因子，thrust是与所述期望速度值等效的虚拟推力，rudder是与所述期望航向值等效的虚拟舵量，其中，
[0162][0163]
r为定点保持容差半径值，d为位置距离值，为偏离角度值。
[0164]
参照图5，示出了本发明一实施例提供的计算推力参数的操作流程图。
[0165]
具体地，可以将期望航向值等效为虚拟舵量，将期望速度值等效为虚拟推力，然后将虚拟舵量和虚拟推力代入上式，可计算得到两个油门量，分别用于控制左右两个推动电机的油门，使两个推动电机工作。
[0166]
s123、按照所述推力参数控制无人船返回至定点位置。
[0167]
最后按照两个油门量，分别控制无人船的左右两个推动电机工作。
[0168]
本发明通过将方向和速度的控制进行分离，期望航速与期望艏向角分别由反馈控制器进行控制，最后由混控分配策略对左右两个推进器的油门量进行分配控制，实现双体无人艇的定点保持。
[0169]
在实际操作中，可能需要转动大一点，可能需要速度大一点，例如，无人艇在实际运行过程中，可能需要侧重艏向角变化、可能需要侧重航速变化，为了更加准确进行调控，可以基于上述的比例系数k1和k2进行动力分配，以供无人船返航。
[0170]
参照图6，示出了本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控方法的操作流程图。
[0171]
具体地，先获取无人船的位置坐标，基于位置坐标确定无人船是否出现偏移，当无人船出现偏移时，分别计算返航控制参数和补偿控制参数，然后调用标称控制器使用两个参数进行相应的油门控制，以控制无人船返回至定点位置。
[0172]
在本实施例中，本发明实施例提供了一种双体无人船的定点返航调控方法，其有益效果在于：本发明可以在确定无人船出现偏移时，实时计算返航所需的控制参数以及可应对环境扰动的返航补偿参数，基于两个参数实时控制无人船移动，使无人船能快速返回其目标位置点，以减少环境扰动影响对返航的影响，使得无人船可以平稳地返航至定点位置，也可以避免返航过程中出现多条调整航线的问题，以缩短调控耗时，提高调控的效率。
[0173]
本发明实施例还提供了一种双体无人船的定点返航调控装置，参见图7，示出了本发明一实施例提供的一种双体无人船的定点返航调控装置的结构示意图。
[0174]
其中，作为示例的，所述双体无人船的定点返航调控装置可以包括：
[0175]
计算模块701，用于当确定无人船偏离定点位置时，分别计算无人船的返航控制参数，以及应对环境扰动的补偿控制参数；
[0176]
调控模块702，用于基于所述返航控制参数和所述补偿控制参数控制无人船返回至定点位置。
[0177]
可选地，所述返航控制参数包括返航速率值和返航角度值；
[0178]
所述返航控制参数的计算操作具体为：
[0179]
分别获取无人船的当前位置和偏离角度值；
[0180]
计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值；
[0181]
基于所述位置距离值与定点保持容差半径值的差值计算返航速率值；
[0182]
基于所述偏离角度值计算航向角度值。
[0183]
可选地，所述偏离角度值的计算操作具体为：
[0184]
分别获取当前位置的经度和纬度，以及定点位置的经度和纬度；
[0185]
基于所述当前位置的经度和纬度，以及所述定点位置的经度和纬度计算偏离角度值。
[0186]
可选地，所述补偿控制参数包括补偿速率值和补偿艏向角度值；
[0187]
所述补偿控制参数的计算参照具体为：
[0188]
分别获取实时状态参数和历史状态参数；
[0189]
利用所述历史状态参数与预设的第一扰动参数构建状态方程，利用所述实时状态参数与预设的第二扰动参数构建观测方程；
[0190]
调用预设的卡尔曼滤波器对所述状态方程和所述观测方程进行估算，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值；
[0191]
其中，预设的卡尔曼滤波器设有噪声统计时变估值器，所述预设的卡尔曼滤波器是以无人船的历史状态参数以及第一扰动参数作为状态变量，以无人船的实时测量状态参数以及第二扰动参数作为测量变量，搭建的卡尔曼滤波模型。
[0192]
可选地，所述调用预设的卡尔曼滤波器对所述状态方程和所述观测方程进行估算，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值，包括：
[0193]
将所述状态方程和所述观测方程代入预设的卡尔曼滤波器，由预设的卡尔曼滤波器调用噪声统计时变估值器根据统计的噪声进行评估，得到评估参数；
[0194]
利用所述评估参数构建动力学方程；
[0195]
对所述动力学方程进行逆动力学求解，分别得到补偿速率值和补偿艏向角度值。
[0196]
可选地，所述利用所述评估参数构建动力学方程，包括：
[0197]
将所述评估参数代入预设的动力学模型中得到动力学方程；
[0198]
所述预设的动力学模型是基于双体无人船的位置坐标系与一阶线性响应模型构建得到；
[0199]
所述动力学模型如下式所示：
[0200][0201][0202]
上式中，δ为输入舵角，r为无人船的首摇速度值，kr和tr分别为船舶操纵指数；a和b为水面无人船的速度方程参数，u为无人船的航行速度，ε为油门输入值。
[0203]
可选地，所述调控模块，还用于：
[0204]
采用所述返航控制参数和所述补偿控制参数分别计算期望航向值和期望速度值；
[0205]
基于所述期望航向值和期望速度值计算无人船推进器的推力参数；
[0206]
按照所述推力参数控制无人船返回至定点位置。
[0207]
可选地，所述推力参数，包括：左油门量和右油门量；
[0208]
所述左油门量的计算如下式所示：
[0209][0210]
所述右油门量的计算如下式所示：
[0211][0212]
上式中，t
left
为左油门量，t
right
为右油门量，k1和k2为动力分配比例因子，thrust是与所述期望速度值等效的虚拟推力，rudder是与所述期望航向值等效的虚拟舵量，其中，
[0213][0214]
r为定点保持容差半径值，d为位置距离值，为偏离角度值。
[0215]
可选地，所述确定无人船偏离定点位置，具体为：
[0216]
计算无人船的当前位置与定点位置之间的位置距离值；
[0217]
若所述位置距离值大于定点保持容差半径值，则确定无人船偏离定点位置；
[0218]
若所述位置距离值小于定点保持容差半径值，则确定无人船无偏离定点位置。
[0219]
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为方便的描述和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0220]
进一步的，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例所述的双体无人船的定点返航调控方法。
[0221]
进一步的，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述实施例所述的双体无人船的定点返航调控方法。
[0222]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。