2. 无人船平台与导航传感器认知
航路点规划与自动航行，本质上是“决策—执行—感知—校正”的闭环。在写第一条航线之前，必须先弄清楚这个闭环里有哪些物理对象：船体如何被推动、如何被转向，以及船上哪些传感器在提供位置、姿态和周围环境信息。本节不追求参数罗列，而是围绕“每个部件在自动航行中承担什么角色、输出什么数据、有什么局限”来建立平台认知，为后续的航点定义、控制参数整定和传感器融合打基础。
船体结构与推进、转向执行机构
小型无人船常见船型有单体滑行艇、双体船和充气式橡皮艇改装平台。船体结构上需要关注三个与自动航行直接相关的部位：重心与浮心位置决定横摇和纵倾特性，影响IMU安装与姿态解算；推进器安装位置决定推力作用点与船体旋转中心的关系；传感器安装基座决定GNSS天线、罗经、雷达的相对位置，是坐标统一的前提。
推进方式主要有两类。第一类是单桨+舵机：螺旋桨提供纵向推力，舵叶偏转产生侧向力使船转向。这种结构的转向响应存在明显滞后，舵角变化后船体需要一段时间才建立艏向角速度，因此航向控制中常用“舵角—艏向角速度”的一阶或二阶模型近似。第二类是差速双桨：左右两个推进器转速不同产生转向力矩，甚至可实现原地回转。差速结构的转向更直接，但低速时推力效率下降，且左右桨推力不对称会带来横向漂移。
执行机构的控制接口通常是PWM信号或CAN/RS485总线指令。以常见的PWM电调为例，1500μs为中位停转，1100μs与1900μs分别对应反向与正向满推，实际使用中需要标定死区（例如1480～1520μs不产生推力），否则航向控制器在零误差附近会出现抖动。舵机则需标定机械中位与左右极限，避免自动航行时打满舵导致堵转。这些标定值应写入控制程序，而不是依赖出厂默认。
导航传感器的作用与数据特性
GNSS提供经纬度与对地速度，是航路点跟踪的位置基准。单点定位精度通常在米级，使用RTK差分时可到厘米级。需要特别注意：GNSS输出的是对地速度（COG/SOG），而船体在流场中航行时，对地航迹与船首朝向并不一致，存在风流压差角。因此仅靠GNSS无法得到准确的艏向，必须配合罗经或IMU。此外GNSS更新率一般为1～10Hz，在高速或急转向时位置采样存在间隔，规划航点间距时应考虑这一限制。
IMU输出三轴加速度与角速度，经姿态解算后得到横摇、纵倾和艏向角速度。它的优势是高频（常见100Hz以上）、短时平滑，但存在零偏漂移，长时间单独积分会发散。在自动航行中，IMU的角速度信号是航向控制内环的关键反馈，用于抑制舵机或差速推进引起的振荡。
罗经（磁罗经或电子罗经）提供绝对艏向角，弥补IMU航向漂移的问题。磁罗经易受船体铁磁物质和电机电流干扰，安装时应远离推进器与大电流线缆，并做硬铁/软铁校准。电子罗经通常内置倾斜补偿，但在横摇剧烈时精度下降，需要与IMU姿态数据配合使用。
雷达提供周围障碍物的距离与方位，是避障和局部路径修正的感知来源。其数据特性是扫描周期较长（机械扫描雷达一圈约2～3秒）、存在杂波与盲区，且对小型漂浮物探测能力有限。在航路点规划阶段，雷达更多用于航行中的动态避碰，而不是静态航点生成。
传感器安装与坐标统一
多传感器上船后，第一件工程性工作不是写算法，而是统一坐标与时间。建议以船体中心为原点，X轴指向船首，Y轴指向左舷，Z轴向上，构成右手坐标系。GNSS天线、IMU、罗经、雷达的安装位置都要测量相对原点的杆臂（例如GNSS天线在原点前方0.8m、上方0.5m）。当船体横摇或纵倾时，不同安装点的位置和速度会不同，若忽略杆臂补偿，在转向或波浪中会出现位置跳变。
时间同步同样关键。GNSS通常带PPS秒脉冲，可作为统一时基；IMU与罗经数据应打上时间戳，融合时按时间对齐而非按到达顺序。实际调试中常见的问题是串口数据延迟未补偿，导致航向控制出现相位滞后，表现为船在航线上左右摆动。判断方法是观察航向误差的振荡周期是否与控制器参数不匹配，再检查各传感器时间戳差值。
平台认知的检查清单
在进入航点规划前，建议按以下顺序完成平台确认，每项都应有可观察的结果，而不是“配置完成”这类笼统结论：
- 推进标定：分别给左右推进器1500μs、1600μs、1400μs指令，观察船在静水中是否直行、是否偏转，记录死区范围。
- 舵机极限：手动给左右极限舵角，确认无堵转异响，记录实际最大舵角。
- 罗经校准：在开阔水域缓慢回转一圈，检查校准后艏向与实际船首方向偏差是否小于5°。
- GNSS状态：确认定位模式（单点/RTK固定解）、卫星数、水平精度因子，记录更新率。
- 杆臂测量：用卷尺测量各传感器相对船体原点的三轴偏移，写入配置文件。
- 时间戳检查：记录同一时刻各传感器数据的时间戳差值，确认在可接受范围内。
完成上述确认后，平台才具备可重复的自动航行条件。后续的航点定义、航线跟踪与避障，都建立在这些标定值和数据特性之上；任何一项缺失，都会在航行中以漂移、摆动或位置跳变的形式暴露出来。