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无人船自主航行任务实战45例

共计 45 章节

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无人船航行任务需求分析与任务剖面建模

针对给定水域巡检任务 · 提取航速 · 续航

无人船航行任务需…任务剖面建模

无人船坐标系定义与航向角约定一致性检查

在NED与船体坐标系下定义航向角 · 偏航角速率和舵角符号 · 编写检查脚本验证不同模块间角度约定是…

无人船坐标系定义航向角约定一致性…

基于航路点的直线航段跟踪控制器实现

实现LOS制导律与航向PID控制器 · 使无人船沿两个航路点构成的直线航段航… · 通过仿真记录横向偏差收敛过程并调整前…

基于航路点的直线…LOS

多航路点路径的切换逻辑与到点判定

设计航路点切换半径与到点判定条件 · 实现连续多航路点路径跟踪 · 验证不同切换半径下路径平滑性与跟踪误…

多航路点路径的切…到点判定

无人船定航向保持与航向扰动抑制

在恒定航向指令下 · 加入风浪等效扰动模型 · 调整航向PID积分与微分项

无人船定航向保持航向扰动抑制

定速巡航的推力分配与航速闭环控制

建立螺旋桨推力与航速的一阶响应模型 · 实现航速PI闭环控制 · 分析不同推力限幅下加速时间与超调量

定速巡航的推力分…航速闭环控制

差速推进无人船原地回转控制

针对双推进器差速无人船 · 设计左右推力差动控制实现原地回转 · 验证回转角速度与推力差的关系并处理死…

差速推进无人船原…针对双推进器差速…

基于视线法的曲线路径跟踪与曲率前馈

在圆弧和样条曲线路径上实现带曲率前馈… · 对比有无前馈时稳态横向误差 · 完成前馈增益标定

基于视线法的曲线…曲率前馈

无人船避碰规则下的静态障碍物绕行规划

在已知静态障碍物地图上 · 结合COLREG规则约束设计局部绕行… · 使用人工势场法生成避碰航向指令并验证…

无人船避碰规则下…已知静态障碍物地…

动态障碍物预测与避碰时机决策

根据移动障碍物的历史位置估计其速度 · 计算最近会遇点与碰撞时间 · 设计避碰启动阈值

动态障碍物预测避碰时机决策

基于A星算法的全局航路规划与航路平滑

在栅格化水域地图上实现A星全局路径规… · 对折线路径进行B样条平滑 · 检查平滑后路径是否满足最小转弯半径约…

基于A星算法的全…航路平滑

无人船路径跟踪中的执行器饱和处理

在航向和航速控制器输出端加入舵角与推… · 设计抗积分饱和策略 · 对比饱和前后跟踪误差与恢复时间

无人船路径跟踪执行器饱

海流干扰下的航迹保持与侧偏补偿

在仿真中叠加恒定海流模型 · 分析流对直线航迹的侧偏影响 · 设计积分补偿或航向偏置补偿使横向误差…

海流干扰下的航迹…侧偏补偿

风浪扰动下的航向滤波与观测器设计

对含噪声的罗经航向信号设计低通滤波与… · 估计航向扰动并前馈补偿 · 对比滤波前后航向保持性能

风浪扰动下的航向…观测器设计

GPS跳变与航位推算融合的定位容错

模拟GPS位置跳变和短时丢失 · 利用罗经与航速进行航位推算 · 设计融合切换逻辑

无人船航向传感器故障检测与降级策略

基于航向指令与航向反馈残差设计故障检… · 在罗经故障时切换至航位推算航向 · 验证降级模式下的安全返航能力

无人船航向传感器…降级策略

推进器推力不对称的航向补偿标定

通过直航试验测量左右推进器推力不对称… · 计算补偿系数并写入控制输出 · 验证补偿后直航航向偏差

推进器推力不对称…通过直航试验测量…

无人船最小回转半径试验与操纵性参数辨识

设计满舵回转试验 · 采集航向角与位置数据 · 辨识Nomoto模型参数

无人船最小回转半…操纵性参数辨识

基于任务优先级的航路点重规划

在航行中收到新任务点插入请求 · 设计基于代价增量的航路点重排序算法 · 保证重规划后路径仍满足避障与转弯半径…

基于任务优先级的…航行

狭窄水道中的速度自适应控制

根据前方可通行宽度和障碍物距离动态调… · 实现狭窄水道减速通过 · 验证不同宽度下的速度曲线与安全余量

狭窄水道速度自适应控制

无人船自主靠泊的末端制导与减速曲线

设计靠泊末段的位置-航向联合控制律 · 规划减速曲线使船体在目标点前速度归零 · 仿真验证靠泊位置与航向精度

无人船自主靠泊的…减速曲线

定点锚泊的推力保持与能耗权衡

在定点保持任务中比较PID与模型预测… · 统计位置保持精度与能耗 · 给出不同海况下的控制模式选择依据

定点锚泊的推力保…能耗权衡

无人船编队保持的领航-跟随控制

实现领航-跟随编队控制 · 使跟随船保持期望距离与方位角 · 分析通信延迟对编队保持误差的影响并设…

无人船编队保持的…跟随控制

多无人船避碰的责任分配与航向调整

在两船交叉相遇场景中 · 根据COLREG规则判定让路船与直航… · 设计各自航向调整量

多无人船避碰的责…航向调整

无人船任务航线的可通行性预检查

在任务执行前 · 结合水深 · 禁航区和转弯半径约束对规划航线进行可…

无人船任务航线的…任务执行前

基于电子海图的水深约束航路规划

读取电子海图水深数据 · 构建安全水深栅格 · 在A星规划中加入水深约束

基于电子海图的水…读取电子海图水深…

无人船自主航行仿真环境搭建与场景配置

搭建包含船体运动模型 · 传感器噪声模型和障碍物场景的仿真环境 · 配置风浪流参数

无人船自主航行仿…场景配置

航向控制器的频域稳定性分析

对航向闭环系统进行频域建模 · 绘制Bode图分析幅值裕度和相位裕度 · 判断不同PID参数下的稳定性并给出保…

航向控制器的频域…对航向闭环系统进…

无人船路径跟踪的蒙特卡洛鲁棒性评估

在传感器噪声 · 海流和模型参数摄动下进行蒙特卡洛仿真 · 统计横向误差分布和任务成功率

无人船路径跟踪的…传感器噪声

自主航行任务的状态机设计与模式切换

设计包含待命 · 航路跟踪 · 避碰

自主航行任务的状…模式切换

无人船任务执行中的通信中断自主决策

模拟岸基通信中断 · 设计超时后的自主决策逻辑（继续 · 返航或锚泊）

无人船任务执行通信

基于能耗模型的航速-航程最优规划

建立航速与能耗的关系模型 · 在给定续航约束下规划分段航速 · 使任务总能耗最小

基于能耗模型的航…航程最优规划

无人船自主返航路径的安全优先级排序

在返航任务中综合剩余电量 · 海况和障碍物分布 · 对多条候选返航路径进行安全评分与排序

无人船自主返航路…返航任务

航路跟踪控制器的硬件在环测试设计

将航路跟踪控制器部署到真实飞控或船载… · 通过硬件在环注入传感器信号和故障 · 验证控制器实时性与接口正确性

航路跟踪控制器的…环测试设计

无人船航行日志解析与任务复盘分析

解析航行日志中的位置 · 航向 · 推力和模式字段

无人船航行日志解…任务复盘分析

基于AIS信息的会遇态势感知与避碰决策

解析AIS目标信息 · 计算本船与目标的相对运动参数 · 判定会遇局面并生成避碰航向建议

雷达与视觉障碍物检测结果的融合避碰

融合雷达点迹与视觉检测框生成统一障碍… · 设计融合置信度与航向避碰指令 · 对比单传感器避碰的成功率

雷达视觉障碍物检测结…

无人船自主航行中的搁浅风险预测与减速

结合水深测量与船位预测 · 计算未来航迹上的最小水深 · 设计搁浅风险指标并触发减速或转向

无人船自主航行搁浅风险预测

任务航线的分段航速规划与到达时间控制

根据各航段距离和期望到达时间 · 反推分段航速指令 · 考虑加速限制和转弯减速

任务航线的分段航…到达时间控制

无人船自主航行控制参数的海上试验设计

设计海上试验流程 · 包括直线跟踪 · 回转和避碰科目

无人船自主航行控…设计海上试验流程

基于模型预测控制的航向与航速联合优化

建立无人船预测模型 · 设计MPC同时优化航向与航速 · 加入舵角速率和推力约束

基于模型预测控制…航速联合优化

无人船路径跟踪中的转弯半径约束处理

在路径跟踪中检测指令曲率是否超过最小… · 设计曲率限幅与速度调整策略 · 验证大曲率航段的跟踪可行性

无人船路径跟踪转弯半径约束处理

自主航行任务中的障碍物地图增量更新

根据传感器实时检测结果增量更新局部障… · 设计地图更新与路径重规划的触发条件 · 验证动态环境下的避碰响应

自主航行任务障碍物地图增量更…

无人船任务终止条件设计与安全抛锚逻辑

定义任务完成 · 超时 · 低电量和故障等终止条件

无人船任务终止条…安全抛锚逻辑

无人船自主航行全任务闭环仿真与指标评估

在包含风浪流 · 动态障碍物和通信中断的综合场景中运行… · 统计任务完成时间

无人船自主航行全…指标评估