一种基于差分技术的无人艇回收引导方法与流程

1.本技术涉及船舶领域，尤其涉及一种基于差分技术的无人艇回收引导方法。


背景技术：

2.无人艇回收目前主要采用人工遥控的方式，依赖人的视觉来判断是否满足回收条件，实施的风险较大。采用无人艇回收引导进行辅助决策的方式能有效提高无人艇的回收效率，并具备实现无人艇自主回收的潜力。
3.目前可用于无人艇回收引导的技术主要为光学引导装置，其原理为通过瞄准灯组、基准灯组和辅助灯组的组合，使整体出射光束覆盖可实施回收区域范围，以实现引导。该方法受光束传播距离的影响，只能进行近距离的引导。


技术实现要素：

4.本技术的目的之一在于提供一种基于差分技术的无人艇回收引导方法，以解决现有的无人艇回收引导技术适用范围较小的问题。
5.本技术的技术方案是：
6.一种基于差分技术的无人艇回收引导方法，用于收放无人艇，包括以下步骤：
7.步骤一，在母船上的无人艇收放装置上间隔地安装有至少四个基准站，并对所述基准站进行编号；任意三个所述基准站共同构成第一平面；对多个所述第一平面依次进行编号，根据各个所述第一平面中的所述基准站与所述无人艇收放装置之间的相对位置关系，进行转换得到所述无人艇收放装置的回收引导基准轴；
8.步骤二，在所述无人艇上设置信号接收装置，实时接收每个所述基准站发出的信号，并计算所述无人艇与每个所述基准站之间的距离，以获得所述无人艇与每个所述基准站之间的相对位置信息；根据所接收到的任意三个所述基准站的编号信息，确定与所述基准站相对应的所述第一平面的编号，进而确定所述无人艇收放装置的所述回收引导基准轴；
9.步骤三，采用基于gps的载波相位相对位置定位方法，获得所述母船与所述无人艇之间的定位差、航向差、航速差信息；
10.步骤四，根据基于gps的载波相位相对位置定位结果，所述无人艇对所接收到的每个所述基准站的信号所转化而得的定位结果修正所述回收引导基准轴；
11.步骤五，根据预先设定的所述回收引导基准轴确定可实施回收区域范围；
12.步骤六，在所述无人艇上设置惯性导航系统，实时测量所述无人艇的航向、横倾、纵倾信息，得到所述无人艇的航行轴，并按照所述无人艇的当前航速、航向对所述无人艇的短时航行的航迹进行预测；
13.步骤七，将所述无人艇的所述航行轴与所述无人艇收放装置的所述回收引导基准轴进行对比比较；当所述航行轴与所述回收引导基准轴重合，或所述无人艇的短时航行的预测航迹位于所述可实施回收区域范围时，则所述无人艇具备回收条件；当所述航行轴与
所述回收引导基准轴偏离，且所述无人艇的短时航行的预测航迹位于所述可实施回收区域范围之外时，可根据定位结果给出位置、航向修正建议，从而实施所述无人艇的回收引导。
14.作为本技术的一种技术方案，在步骤一中，任意所述三个基准站依次为第一基准站、第二基准站以及第三基准站，所述第一基准站和所述第三基准站对称布置，所述第二基准站布置在所述母船的中线面上；所述第一基准站的信号发射装置的安装高度与所述第三基准站的信号发射装置的安装高度相同，所述第二基准站的信号发射装置的安装高度高于所述第一基准站的信号发射装置的安装高度。
15.作为本技术的一种技术方案，在步骤一中，将所述第一基准站、所述第二基准站以及所述第三基准站共同所在肋位的横剖面定为基准面；将所述无人艇收放装置布置于所述母船的中线面处，且所述回收引导基准轴处于所述母船的中纵剖面内，并与所述第二基准站上的信号发射装置位于同一平面内；将所述回收引导基准轴与所述基准面的交点作为原点；将所述第二基准站与所述原点的连线定为第一连接线，将所述第一连接线与所述回收引导基准轴之间的夹角定为理论角，以通过将所述第一基准站、所述第二基准站以及所述第三基准站所在的位置信息转换为所述回收引导基准轴信息。
16.作为本技术的一种技术方案，在步骤五中，将所述第一基准站和所述第三基准站之间的连线定为第二连接线，将通过所述原点且与所述第二连接线相平行的直线定为横向坐标轴；将通过所述原点的所述回收引导基准轴切面中的通过所述原点且与所述横向轴垂直的线定为纵向坐标轴；根据所述无人艇收放装置在回收过程中所能承受的所述无人艇航向角变化范围来确定所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角范围，并将所述夹角范围投影于由所述横向坐标轴和所述纵向坐标轴共同构成的坐标系中，将所述夹角范围在所述坐标系中的区域定为所述可实施回收区域范围。
17.作为本技术的一种技术方案，在步骤七中，在对所述无人艇进行回收引导时，将所述航行轴分别与所述回收引导基准轴、所述原点进行比较；当所述航行轴不通过所述原点时，调整所述无人艇的航向，以使所述航行轴向所述原点对准；当所述航行轴通过所述原点时，测量所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角，并判断所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角是否落入所述可实施回收区域范围内；若所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角未落入所述可实施回收区域范围内，则调整所述无人艇的航向，以使所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角落入所述可实施回收区域范围内；若所述航行轴与所述回收引导基准轴之间的夹角落入所述可实施回收区域范围内，则继续保持所述无人艇的航向，直至完成所述无人艇的回收。
18.本技术的有益效果：
19.本技术的基于差分技术的无人艇回收引导方法中，该方法通过在母船无人艇回收装置上或其附近设置3个以上的基准站，来转化标识收放装置的引导基准轴及与之相关的可实施回收区域范围。无人艇上设置信号接收装置，接收来自上述基准站的距离信号，并转化为无人艇与无人艇收放装置之间的相对位置。通过对无人艇与无人艇收放装置之间的相对位置、无人艇航向角与引导基准轴的比较，给出无人艇的航行调整建议，最终引导无人艇完成回收作业。本技术方案可利用红外、微波、无线电、gps等多种手段获取无人艇与各个基准站之间的距离信息，利用基于gps的载波相位相对位置定位方法或其他精度较高的相对位置定位方法对所获得的结果进行修正并获得两者之间的准确相对位置关系，最终实现回
收引导。与光学引导方式相比，本方法的引导距离远，对于特定手段(如gps等)甚至能实现全水域的回收引导。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
21.图1为本技术实施例提供的无人艇收放装置上的基准站安装情况示意图；
22.图2为本技术实施例提供的根据基准站安装位置所确定的无人艇回收引导基准轴示意图；
23.图3为本技术实施例提供的根据回收引导基准轴所确定的无人艇的可实施回收区域范围示意图；
24.图4为本技术实施例提供的无人艇与母船之间的相关位置关系示意图。
25.图标：1-无人艇；2-无人艇收放装置；3-回收引导基准轴；4-信号接收装置；5-航行轴；6-第一基准站；7-第二基准站；8-第三基准站；9-可实施回收区域范围。
具体实施方式
26.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
30.此外，在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍
微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
32.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.实施例：
34.请参照图1，配合参照图2至图4，本技术中提供了一种基于差分技术的无人艇回收引导方法，用于收放无人艇1，包括以下步骤：
35.步骤一，在母船上的无人艇收放装置2上或其附近间隔地安装有三个以上的基准站，并对各个基准站进行编号；所安装的任意三个基准站共同构成第一平面；对任意三个基准站所确定的多个第一平面依次进行编号，根据每个第一平面中的每个基准站与无人艇收放装置2之间的相对位置关系，将任意三个基准站所构成的三角形的第一平面的中心点的法线转换为母船上所安装的无人艇收放装置2的回收引导基准轴3；
36.步骤二，在无人艇1上设置信号接收装置4，实时接收每个基准站发出的信号，并计算无人艇1与每个基准站之间的距离，以获得无人艇1与每个基准站之间的相对位置信息；根据所接收到的任意三个基准站的编号信息，确定任意三个基准站所对应的第一平面的编号，将所确定的第一平面的中心点的法线转换为母船上的无人艇收放装置2的回收引导基准轴3；
37.步骤三，采用基于gps的载波相位相对位置定位方法或其他精度较高的相对位置定位方法，获得母船与无人艇1之间的定位差、航向差、航速差等相关信息；
38.步骤四，根据基于gps的载波相位相对位置定位结果，无人艇1对所接收到的每个基准站的信号所转化而得的定位结果修正回收引导基准轴3；
39.步骤五，根据预先设定的回收引导基准轴3确定可实施回收区域范围9；
40.步骤六，在无人艇1上设置惯性导航系统，实时测量无人艇1的航向、横倾、纵倾等信息，得到无人艇1的航行轴5，并按照无人艇1的当前航速、航向对无人艇1的短时航行的航迹进行预测；
41.步骤七，将无人艇1的航行轴5与母船上的无人艇收放装置2的回收引导基准轴3进行对比比较；当航行轴5与回收引导基准轴3重合，或无人艇1的短时航行的预测航迹位于可实施回收区域范围9时，则认为无人艇1具备回收条件；当航行轴5与回收引导基准轴3偏离，且无人艇1的短时航行的预测航迹位于可实施回收区域范围9之外时，可根据定位结果给出无人艇1的位置、航向修正建议，从而实施无人艇1的回收引导。
42.进一步地，请参照图1，配合参照图2至图4，某船在艉部设有一套艉下滑式无人艇收放装置2，用于收放无人艇1。在上述方法的步骤一中，将任意三个基准站依次由左至右的编号定为第一基准站6、第二基准站7以及第三基准站8；其中，第一基准站6和第三基准站8对称布置，第二基准站7布置在母船的中线面上；与此同时，第一基准站6的信号发射装置的安装高度与第三基准站8的信号发射装置的安装高度相同，第二基准站7的信号发射装置的安装高度高于第一基准站6的信号发射装置的安装高度。
43.同时，在步骤一中，根据不在同一条直线上的三点确定一个平面的原理，将第一基准站6、第二基准站7以及第三基准站8共同所在肋位的横剖面定为基准面；将无人艇收放装置2布置于母船的中线面上，且回收引导基准轴3处于母船的中纵剖面内，并与第二基准站7上的信号发射装置位于同一平面内；将回收引导基准轴3与基准面的交点o作为原点；将第二基准站7与原点的连线定为第一连接线，将第一连接线与回收引导基准轴3之间的夹角θ定为理论角，从而实现通过将第一基准站6、第二基准站7以及第三基准站8所在的位置信息来转换为母船无人艇收放装置2的回收引导基准轴3信息的目的。
44.进一步地，在步骤二中，在无人艇1上设置信号接收装置4，实时接收上述所设第一基准站6、第二基准站7、第三基准站8发出的信号，并计算无人艇1分别与第一基准站6、第二基准站7、第三基准站8各自之间的距离，以及第一基准站6、第二基准站7、第三基准站8三者之间的固定距离，转化获得无人艇1分别与第一基准站6、第二基准站7、第三基准站8两者之间的相对位置信息。根据所接收到任意三个第一基准站6、第二基准站7、第三基准站8的编号信息，确定母船无人艇收放装置2测量的回收引导基准轴3。
45.无人艇1上预置的航行轴5为无人艇1在设计浮态下、以设定航速直线航行时的运动轴线。考虑到无人艇1在波浪中航行时会发生纵、横摇等运动，使得无人艇1的短时运动方向会发生变化，因此在无人艇1上设置惯性导航系统，实时测量无人艇1的航向、横倾、纵倾等信息，对无人艇1的航行轴5进行实时反映，便于准确实施回收引导操作。
46.在步骤五中，请参照图2，回收引导基准轴3用于标识如图3所示的阴影部分的可实施回收区域范围9，以对无人艇1进行回收引导及辅助决策。图3中的阴影部分为根据无人艇收放装置2的特性所确定的可实施回收的无人艇1航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角范围。其中，将第一基准站6和第三基准站8之间的连线定为第二连接线，将通过原点且与第二连接线相平行的直线定为横向坐标轴，即图3中的ox轴；将通过原点的回收引导基准轴3切面中的通过原点且与横向轴垂直的线定为纵向坐标轴，即图3中的oy轴；根据无人艇收放装置2在回收过程中所能承受的无人艇1的航向角变化范围确定航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角范围，并将夹角范围投影于由横向坐标轴和纵向坐标轴共同构成的坐标系中，将夹角范围在坐标系中的区域定为可实施回收区域范围9。
47.在步骤七中，如图4所示，在对无人艇1进行回收引导时，应将无人艇1通过前述方式测量得到的航行轴5分别与回收引导基准轴3、原点进行比较；当航行轴5不通过原点时，调整无人艇1的航向，以使航行轴5向原点对准；当航行轴5通过原点时，测量航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角，并判断航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角是否落入可实施回收区域范围9内；若航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角未落入可实施回收区域范围9内，则调整无人艇1的航向，以使航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角落入可实施回收区域范围9内；若航行轴5与回收引导基准轴3之间的夹角落入可实施回收区域范围9内，则继续保持无人艇1的航向，直至完成无人艇1的回收。
48.此外，在本实施例中，母船、无人艇收放装置2、无人艇1、基于gps的载波相位相对位置定位方法、惯性导航系统、母船的中线面、信号发射装置、信号接收装置4、母船的中纵剖面等这些均可以采用现有技术中的结构或者数据进行实施。
49.同时，需要说明的是，地面上进行车辆或其他交通工具航行引导的设施主要为dgps(即差分全球定位系统)，该技术是基于已有地面站准确位置与卫星接收信号得到定位
的差值，对车辆或其他交通工具接收到的卫星定位进行修正，以得到更精确的定位位置，再依据定位结果进行引导。该技术与本方法中缺少准确定位位置做辅助的引导方案有明显差别。
50.综上可知，本技术的基于差分技术的无人艇回收引导方法中，该方法通过在母船的无人艇收放装置2上或其附近设置3个以上的基准站，来转化标识收放装置的引导基准轴及与之相关的可实施回收区域范围9。无人艇1上设置信号接收装置4，接收来自上述基准站的距离信号，并转化为无人艇1与无人艇收放装置2之间的相对位置。通过对无人艇1与无人艇收放装置2之间的相对位置、无人艇1航向角与引导基准轴的比较，给出无人艇1的航行调整建议，最终引导无人艇1完成回收作业。本技术方案可利用红外、微波、无线电、gps等多种手段获取无人艇1与各个基准站之间的距离信息，利用基于gps的载波相位相对位置定位方法或其他精度较高的相对位置定位方法对所获得的结果进行修正并获得两者之间的准确相对位置关系，最终实现回收引导。与光学引导方式相比，本方法的引导距离远，对于特定手段(如gps等)甚至能实现全水域的回收引导。此外，该方法能在较大的水域范围内对无人艇1实施回收引导；并且，其回收引导作业不受雨、雾等外界环境条件的影响。
51.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本技术的保护范围之内。