馮愛國,劉錫祥,吳 煒

(1.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系,江蘇南通226010;2.東南大學(xué)微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096)

基站雷達(dá)與AIS引導(dǎo)的水面無人艇遙控系統(tǒng)

馮愛國1,2,劉錫祥2,吳 煒1

(1.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系,江蘇南通226010;2.東南大學(xué)微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096)

針對(duì)無人艇進(jìn)行海面監(jiān)測(cè)、海難搜救等具體任務(wù)需求,以現(xiàn)有小型艦船及動(dòng)力操控設(shè)備為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種水面無人艇導(dǎo)航與控制遙控系統(tǒng)。系統(tǒng)中路徑規(guī)劃/航跡監(jiān)控模塊可根據(jù)基站先驗(yàn)地理信息的路徑規(guī)劃及預(yù)設(shè)極限可航范圍監(jiān)控航行軌跡;危險(xiǎn)評(píng)價(jià)/操控決策模塊對(duì)雷達(dá)跟蹤數(shù)據(jù)及AIS參數(shù)的實(shí)時(shí)分析,獲取艇周目標(biāo)與無人艇的碰撞危險(xiǎn)評(píng)價(jià),給出無人艇試操縱避讓方案;信息交互模塊利用4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)艇上傳感器與遙控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互;艇載工控機(jī)終端響應(yīng)模塊在收到指令后,仿云臺(tái)控制利用PELCO-D協(xié)議驅(qū)動(dòng)艇上車舵設(shè)備?；谀辰虻脑囼?yàn)結(jié)果表明,控制基站與艇數(shù)據(jù)交換可靠,艇車舵系統(tǒng)能有效響應(yīng)遙指令。

雷達(dá)跟蹤;自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng);無人艇;航姿參考系統(tǒng);遙控

0 引言

在過去20年中,無人裝備取得了飛速發(fā)展,當(dāng)前無人艇(Unmanned Surface Vessel,USV)主要由美國、英國、法國、加拿大、以色列、日本、中國等10余個(gè)國家研制,能夠完成情報(bào)搜集、反水雷、海事安全和訓(xùn)練測(cè)試等方面任務(wù)。處于領(lǐng)先地位的美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了機(jī)器人智能指揮與感知的控制體系架構(gòu)(CARACaS),旨在使用最少的人工干預(yù)完成無人裝備的操控和導(dǎo)航。目前,無人艇國內(nèi)研究與應(yīng)用也越來越廣泛,多個(gè)高校及研究機(jī)構(gòu)(如中船重工701所等)開展了無人艇的研究與設(shè)計(jì)。水面無人艇的操作方式主要包括自主導(dǎo)航、自動(dòng)和人工遙控等方式[1]。

無人艇制導(dǎo)研究主要包含:1)路徑規(guī)劃方面研究,主要任務(wù)為對(duì)靜態(tài)障礙物的避障[2-3];2)智能或在線支持避碰方法研究,主要是基于附近雷達(dá)和AIS船舶信息的小范圍在線路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃,如杜開君等研究了不同碰撞局面下的規(guī)避方案及預(yù)留包圍體[4];3)數(shù)據(jù)鏈建立及運(yùn)動(dòng)控制研究,包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等多種航向或航跡控制方法[5]。在此背景下,考慮輕簡(jiǎn)型無人艇天線高度對(duì)雷達(dá)應(yīng)用限制及對(duì)艇操縱影響,在基站電子海圖上設(shè)計(jì)航線、允許偏距及多邊形可航區(qū)域,以實(shí)際偏距為輸入偏差控制艇運(yùn)動(dòng)軌跡,以基站雷達(dá)與AIS探測(cè)動(dòng)態(tài)障礙物,代艇計(jì)算目標(biāo)對(duì)艇碰撞危險(xiǎn)并求解符合規(guī)則的避讓措施,借鑒航海實(shí)踐設(shè)計(jì)仿人操作流程,在必須避讓偏航時(shí)補(bǔ)充艇位越界識(shí)別算法,而后基站生成對(duì)艇車舵控制指令,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一類水面無人艇遙控系統(tǒng),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流向

系統(tǒng)由導(dǎo)航雷達(dá)提供雷達(dá)與AIS參數(shù),系統(tǒng)主體部分包括船用導(dǎo)航雷達(dá)與AIS、引導(dǎo)基站計(jì)算機(jī)、艇操縱指令裝置、操縱指令下位機(jī)、轉(zhuǎn)速及舵角儀表、遠(yuǎn)程艇載計(jì)算機(jī)、艇位、航向航速及艇姿傳感器、車舵驅(qū)動(dòng)下位機(jī)、車舵響應(yīng)傳感器及下位機(jī)。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

各模塊的作用是:

1)路徑與可航域規(guī)劃模塊 由基站設(shè)定艇的計(jì)劃航線,給定偏航閾值,規(guī)劃可航水域;

2)導(dǎo)航雷達(dá)及自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)采集模塊通過雷達(dá)TRACK CONTROL和AIS接口[6]一站式采集雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、雷達(dá)目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)(TT)、AIS目標(biāo)數(shù)據(jù),獲取艇及艇周目標(biāo)的位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù);

3)雷達(dá)與AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)融合模塊 利用位置與運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)融合,設(shè)定偏離閾,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)與AIS目標(biāo)的時(shí)空對(duì)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸一;

4)碰撞危險(xiǎn)判斷模塊 利用監(jiān)控基站獲取的艇周目標(biāo)及艇的位置與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),計(jì)算艇周目標(biāo)對(duì)艇的碰撞危險(xiǎn)參數(shù);

5)試操船模塊 若目標(biāo)與艇存在碰撞危險(xiǎn),利用假定航向、航速,計(jì)算出合理的改向改速避讓措施;

6)偏航與越界監(jiān)控模塊 根據(jù)艇上傳回的位置與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),監(jiān)控實(shí)際偏航距離,正常航行中,以偏距對(duì)艇航跡控制,必要避讓時(shí),依試操船模塊決策操艇,避讓偏航時(shí)監(jiān)控艇位是否越界,拓展到預(yù)測(cè)是否會(huì)越界及時(shí)機(jī);

7)車鐘令、舵令、艇推進(jìn)工位、舵角等嵌入式傳感模塊 基站仿實(shí)船操船裝置給出遙控操船指令,同樣,轉(zhuǎn)速與舵角模塊回傳艇的操船響應(yīng)參數(shù);

8)基站表示模塊 實(shí)現(xiàn)各參數(shù)數(shù)值、虛擬儀表與態(tài)勢(shì)可視化的綜合顯示;

9)網(wǎng)絡(luò)交換模塊 通過TCP/IP或UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)車舵指令發(fā)送及艇數(shù)據(jù)回傳;

10)艇測(cè)控模塊 收獲遙指令實(shí)現(xiàn)對(duì)艇車舵驅(qū)動(dòng),采集艇位置、航向、航速、艇姿態(tài)、舵角、車鐘位等參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程

監(jiān)控基站遙控?zé)o人艇沿規(guī)劃路徑航行,航行中通過雷達(dá)、AIS等手段及數(shù)據(jù)融合技術(shù)追蹤到無人艇及艇周目標(biāo)位置與航向航速等運(yùn)動(dòng)參數(shù),判斷是否是未知的移動(dòng)障礙物(默認(rèn)為在航船舶),根據(jù)船舶避碰規(guī)則,實(shí)時(shí)計(jì)算艇與移動(dòng)船舶的最近會(huì)遇距離DCPA與最小會(huì)遇時(shí)間TCPA,若有碰撞危險(xiǎn)則推算避碰方案,避讓中,結(jié)合電子海圖預(yù)設(shè)航線、允許偏航距離、極限可航范圍等信息,分析有無嚴(yán)重偏航甚至越界的危險(xiǎn),若有調(diào)整避碰方案,盡量以減速直至停船避讓,讓請(qǐng)后,復(fù)航至原規(guī)劃路線,若有碰撞危險(xiǎn),重復(fù)試操船及避讓環(huán)節(jié),直至航行至終點(diǎn)。基本流程如圖2所示。

圖2 無人艇航行路徑規(guī)劃與避障策略流程圖

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)

2.1 IEC61162協(xié)議下的雷達(dá)與AIS引導(dǎo)參數(shù)采集、解碼與存取方案設(shè)計(jì)

雷達(dá)及AIS均有串行接口,雷達(dá)輸出系統(tǒng)數(shù)據(jù)及目標(biāo)跟蹤信息。雷達(dá)廣播6種IEC61162-1標(biāo)準(zhǔn)語句,其中“$RATTM,xx,x.x,x.x,a,x.x,x.x,a,x.x,x.x,a,c-c,a,a,a?hh〈CR〉〈LF〉”為目標(biāo)跟蹤語句,“$”表示開始,句塊依次表示:目標(biāo)編號(hào)、目標(biāo)距離、目標(biāo)方位、真/相對(duì)、目標(biāo)速度、目標(biāo)航向、真/相對(duì)、CPA、TCPA、航速單位、目標(biāo)名稱、目標(biāo)狀態(tài)、參考目標(biāo)、UTC。同理,雷達(dá)內(nèi)也能提供AIS串行輸出,解碼后可獲得船舶的動(dòng)靜態(tài)信息[6],主要包含目標(biāo)船識(shí)別碼 MMSI碼、航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向速率、對(duì)地航速、位置精度、經(jīng)度、緯度、對(duì)地航向、真航向等。

基站采集到艇及艇周移動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到雷達(dá)目標(biāo)與AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)庫,存儲(chǔ)策略為“有則更新、無則添加”[7]。以雷達(dá)跟蹤語句采集為例,設(shè)計(jì)含目標(biāo)編號(hào)、距離、方位、航速、航向字段的數(shù)據(jù)表,運(yùn)用SqlConnectionstring構(gòu)建系統(tǒng)與SQLServer的數(shù)據(jù)庫連接,運(yùn)用SQL語句實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作,運(yùn)用SqlData Adapter及Data Table實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定顯示,關(guān)鍵SQL語句如:

(MySQL="if not exists(select?from RADAR where TGID="+TGIDU+")insert RADAR(TGID,DIST,BRG,T_SPD,T_CRS)values("+TGIDU+","+DISTU+","+BRGU+","+T_SPDU+","+T_CRSU+")"+"else update RADAR set DIST="+DISTU+",BRG="+BRGU+",T_SPD="+T_SPDU+",T_CRS="+T_CRSU+"where TGID="+TGIDU);

句中詞尾為U縮寫詞是采集雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)的賦值變量。同理,可以隨后動(dòng)態(tài)檢索艇參數(shù)和任意目標(biāo)的參數(shù)。

2.2 艇周目標(biāo)對(duì)艇碰撞危險(xiǎn)評(píng)判與決策、艇位偏離與越界算法

基于艇周目標(biāo)與艇位置及運(yùn)動(dòng)參數(shù),即已知目標(biāo)位置Q(λT,φT),艇位置P(λP,φP),算得目標(biāo)對(duì)艇的方位、距離(B0,R0),篩選近艇(距離小于設(shè)定值)目標(biāo),判斷對(duì)艇碰撞危險(xiǎn),算法如下:

1)由式(1)、式(2)計(jì)算目標(biāo)(移動(dòng)障礙物)、無人艇航速東向分量各為dVTX,dVPX;北向分量各為dVTY,dVPY(東為正,北為正):

式中:雷達(dá)跟蹤輸出VT為目標(biāo)航速,CT為目標(biāo)航向;遠(yuǎn)程采集VP為艇航速,CP為艇航向。

2)由式(3)計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)對(duì)艇的相對(duì)航向C、相對(duì)航速V:

若dV X＜0,dV Y＜0,則C=C+360°。

3)由式(4)計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)至最近會(huì)遇點(diǎn)的剩余距離SDCPA和所需時(shí)間TCPA:

4)由式(5)計(jì)算目標(biāo)與艇的最近會(huì)遇距離DCPA:

剩余距離、時(shí)間表示緊迫程度,最近會(huì)遇距離表示碰撞危險(xiǎn)程度,若均小于閾,系統(tǒng)報(bào)警、給出避讓方案,與碰撞危險(xiǎn)評(píng)判算法相同,以假定艇向與艇速參與代入式(1)～(5)計(jì)算,直至最近會(huì)遇距離大于碰撞閾。

偏航及越界算法:艇位置P(λP,φP),航線中的任一轉(zhuǎn)向點(diǎn)為P k(λk,φk),預(yù)設(shè)航線中任一分段為式(6):

式中,A k=y k-1-y k,B k=x k-y k-1,C=x k-1·y k-y k-1·x k,x k=λk,y k=φk,若λP∈ (λi-1,λi],(0＜i≤k),無人艇與計(jì)劃航線偏航距離由式(7)計(jì)算,若d＞XTE(XTE為偏航閾),系統(tǒng)給出警告。

設(shè)置多邊形可航范圍S:(P0,P1,…,P N,P0),構(gòu)建多邊形最后一條邊為最后一個(gè)端點(diǎn)與第一端點(diǎn)的封閉,同理得各邊函數(shù),無論是凸殼多邊形還是凹?xì)ざ噙呅?只要邊不自交,以艇位置為起點(diǎn)構(gòu)建向南(向下)的射線(x=λP,y＜φP),與多邊形各邊交點(diǎn)數(shù)為奇數(shù)時(shí),則艇位置在極限可航范圍內(nèi),否則,出界,給出危險(xiǎn)報(bào)警[8]。算法為:遍歷多邊形各邊,若λP? (λk-1,λk],則構(gòu)建射線與該段無交點(diǎn);若λP∈ (λk-1,λk],λP代入該邊函數(shù)l k,解得λP映射解φkP,若φkP≤φP,判斷有交點(diǎn),反之,與該邊無交點(diǎn);累計(jì)交點(diǎn)數(shù),除2取余計(jì)算后,余數(shù)為1判為奇數(shù),得艇位置在界內(nèi),反之越界。艇碰撞危險(xiǎn)與艇位越界監(jiān)控原理如圖3所示。

圖3 艇碰撞危險(xiǎn)與艇位越界監(jiān)控原理圖

2.3 車舵指令與響應(yīng)測(cè)量及基于移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換方法

以舵令及舵角反饋為例,使用滑阻式或磁敏式角位移傳感器和STC12C5 A60S單片機(jī)設(shè)計(jì)舵令或舵角采集電路,如圖4所示。圖中:STC12C5 A60S的8路10位A/D轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)多路角度(電壓DC:0～ +5 V)信號(hào)數(shù)字化,本系統(tǒng)采用P1.6,P1.7通道保證兩路互為備用采集舵令或舵角信號(hào),140°～220°測(cè)角映射+1.945～+3.055 VDC。巡檢傳感器10位二進(jìn)制工位數(shù),得對(duì)應(yīng)測(cè)角(-40°～+40°)[9]。同理,實(shí)現(xiàn)車鐘令及艇上油(電)門搖柄位置反饋采集。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換:基站 固定IP;艇裝備 4G路由器,Internet UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)群聊式雙向數(shù)據(jù)交換[10]。步驟如下:

1)定義UDP用戶UdpClient;

2)定義并指定群IP地址IPAddress變量group Address;

3)定義本地端口號(hào)localPort及遠(yuǎn)程端口號(hào)remotePort;

4)定義遠(yuǎn)程終結(jié)點(diǎn)IPEnd Point變量remoteEP;

5)使用Join MulticastGroup方法將Udp Client加入到指定IPAddress的多路廣播群;

6)啟動(dòng) UdpClient的端口偵聽入群用戶,發(fā)送信息加IP地址作為對(duì)方遠(yuǎn)程地址給入群用戶;

7)啟動(dòng)定時(shí)發(fā)送,發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)化傳感器采集報(bào)文或遙指令報(bào)文在群內(nèi)廣播,群用戶根據(jù)報(bào)文所含地址確定信息是否為使能數(shù)據(jù)。

信息格式為:

控制基站:“$Remote,〈1〉,〈2〉,〈3〉,〈4〉?hh”,〈1〉艇號(hào)地址碼,〈2〉推進(jìn)器指令,〈3〉舵令,〈4〉操控模式(A:自動(dòng),M:手動(dòng),S:自適應(yīng)),hh:異或和校驗(yàn)值;

艇回傳信息:“$Bback,〈1〉,〈2〉,〈3〉,〈4〉,〈5〉,〈6〉,〈7〉,〈8〉,〈9〉,〈10〉,〈11〉,〈12〉,〈13〉,〈14〉,〈15〉,〈16〉?hh”,〈1〉艇號(hào),〈2〉UTC,〈3〉推進(jìn)器控制位,〈4〉舵角,〈5〉航行模式,〈6〉艇經(jīng)度,〈7〉艇緯度,〈8〉定位狀態(tài),〈9〉對(duì)地航速,〈10〉對(duì)地航向,〈11〉艇緯度,〈12〉定位狀態(tài),〈13〉對(duì)地航速,〈14〉艇航向,〈15〉縱搖角,〈16〉橫搖角,hh:異或和校驗(yàn)值。

圖4 車舵指令及反饋數(shù)據(jù)測(cè)量裝置圖

2.4 艇收令后使能實(shí)現(xiàn)

艇站收到基站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文后,要車指令及舵令與推進(jìn)器推桿反饋及舵角反饋值比較,當(dāng)存在偏差時(shí),生成驅(qū)動(dòng)艇車舵裝置的執(zhí)行指令通過一路串口向下位機(jī)發(fā)送。艇舵角和推進(jìn)器由δ(舵角)、θ(推桿搖角)約束,驅(qū)動(dòng)舵及油門開度方法借鑒監(jiān)控云臺(tái)控制技術(shù),機(jī)電控制板卡以云臺(tái)內(nèi)控制板進(jìn)行功率改造,仿云臺(tái)PELCO-D協(xié)議實(shí)現(xiàn)收令后響應(yīng)使能,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化隨動(dòng)[11]。

為快速響應(yīng)及防超調(diào),電機(jī)轉(zhuǎn)速給值通過數(shù)字PID控制模型先行計(jì)算,簡(jiǎn)單描述:偏差越大時(shí)電機(jī)給定轉(zhuǎn)速快,反之則慢。由于一般舵裝置及用車搖柄自身阻尼特性較好,控制系統(tǒng)中慣性環(huán)節(jié)考慮省略。增量控制法的系統(tǒng)輸出為

以舵角為例,設(shè)t時(shí)刻第k次采樣給定舵令值δc,舵角反饋δ,偏差輸入e(k)=(δc-δ)/30,PID控制輸出為u(k)(u(k)∈[0,1]),轉(zhuǎn)舵控制指令十進(jìn)制數(shù)據(jù)為u(k)·64,十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制即為轉(zhuǎn)舵電機(jī)速度指令。

3 遠(yuǎn)程引導(dǎo)SUV系統(tǒng)搭建及仿真測(cè)試結(jié)果

基站雷達(dá)采集艇周目標(biāo)及艇位置與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)如圖5所示,無人艇車舵及位姿與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)同時(shí)由4G網(wǎng)絡(luò)采集。PELCO-D協(xié)議舵角及推進(jìn)搖柄電機(jī)控制速度指令為00～3F對(duì)應(yīng)0～64級(jí),蝸桿傳動(dòng)如圖6所示,舵角偏差大于5°及搖柄偏差大于3°時(shí),均輸出最大值3F;二者小于5°及3°時(shí),偏差輸入PID模塊輸出00～3F驅(qū)動(dòng)速度。數(shù)據(jù)交換如圖7所示,雷達(dá)、海圖態(tài)勢(shì)的監(jiān)控效果如圖8所示。

圖5 雷達(dá)接口

圖6 車舵裝置

圖7 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換

圖8 雷達(dá)、海圖監(jiān)控效果

4 結(jié)束語

本文提出并實(shí)現(xiàn)了一類水面無人艇導(dǎo)航與控制遙操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)無人艇的實(shí)際航行與避障需求,將系統(tǒng)功能具體劃分4個(gè)模型,并給出了實(shí)現(xiàn)過程。系統(tǒng)以基站電子海圖與雷達(dá)、AIS規(guī)劃艇運(yùn)動(dòng)路徑及實(shí)現(xiàn)在線避碰支持,可以避免貴重航海設(shè)備的在艇風(fēng)險(xiǎn),也可以輕簡(jiǎn)艇載計(jì)算機(jī)程序,避免過多的線程帶來軟件陷阱,運(yùn)用多邊形可航區(qū)域識(shí)別能有效防止艇位越界。系統(tǒng)后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)基站路徑規(guī)劃及預(yù)設(shè)可航邊界在離艇前傳入艇載計(jì)算機(jī),以便一旦離線實(shí)現(xiàn)艇自主導(dǎo)航,同時(shí)應(yīng)考慮利用艇載AIS設(shè)計(jì)有限的離線自動(dòng)避讓算法,考慮艇操縱特性,還需加強(qiáng)越界預(yù)測(cè),此外,應(yīng)加強(qiáng)通信鏈路的可靠性設(shè)計(jì),一旦離線失控,尚須啟動(dòng)輔助信號(hào)顯示及保持安全艇位的設(shè)計(jì)方法。

[1]沈智鵬,劉繼中,汪宇,等.一種無人水面艇控制仿真系統(tǒng)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2015,27(9):2038-2043.

[2]盧艷爽.水面無人艇路徑規(guī)劃算法研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2010.

[3]陳華,張新宇,姜長(zhǎng)鋒,等.水面無人艇路徑規(guī)劃研究綜述[J].世界海運(yùn),2015,38(11):30-33.

[4]杜開君,茅云生,向祖權(quán),等.基于海事規(guī)則的水面無人艇動(dòng)態(tài)障礙規(guī)避方法[J].船海工程,2015,44(3):119-124.

[5]BAO Xinping,NONAMI K,YU Zhenyu.Combined Yaw and Roll Control of an Autonomous Boat[C]∥2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation,Kobe,Japan:IEEE,2009:188-193.

[6]段曉超,段玲琳,李化雷.星型拓?fù)銻S422信號(hào)傳輸特性研究[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù),2016,14(1):91-94.DUAN Xiaochao,DUAN Linglin,LI Hualei.Research on Star Topology RS422 Signal Transmission[J].Radar Science and Technology,2016,14(1):91-94.(in Chinese)

[7]王春艷,李帥.SQLite在飛艇監(jiān)控中的應(yīng)用與優(yōu)化[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù),2014,12(6):609-612.WANG Chunyan,LI Shuai.Optimization and Application of SQLite in Monitoring and Control System of Airship[J].Radar Science and Technology,2014,12(6):609-612.(in Chinese)[8]馮愛國,吳煒,季本山.基于雷達(dá)及AIS的水上設(shè)施自動(dòng)警戒與保護(hù)[J].中國港灣建設(shè),2015,35(6):65-69.

[9]張愛華,姚海燕.角度傳感器在全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2009,17(12):2426-2829.

[10]羅亞男,付永慶.基于分層路網(wǎng)的路徑規(guī)劃算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2013,33(6):1763-1766.

[11]王麗輝,程永強(qiáng).基于LPC2132的云臺(tái)攝像頭解碼器設(shè)計(jì)[EB/OL].[2016-05-21].http:∥www.pa-

The Unmanned Vehicle Remote Control System Based on Base-Station Radar and AIS

FENG Aiguo1,2,LIU Xixiang2,WU Wei1
(1.Department of Navigation,Nantong Vocational&Technical Shipping College,Nantong226010,China;2.Key Laboratory of Micro-Inertial Instrument and Advanced Navigation Technology of Ministry of Education,Southeast University,Nanjing210096,China)

For the unmanned boat to achieve the sea environmental monitoring,searching and rescuing a remote operating system is designed for the unmanned boat based on the hull and power control equipment on an operational boat.Based on a priori,the path planning of geographical information and the preset navigable limit scope,the route planning and monitoring module of system control USV track.The real-time avoidance collision decisions from the risk assessment/manipulation decision module is made by the information around the unmanned boat from the AIS(automatic identification system)and the radar at shore or mother ship.Information interaction module uses wireless network to realize the data interaction between the sensor on the boat and the remote control system,and sent remote control commands to the craft.The craft uses PELCOD agreement instruction to drive the maneuvering equipment.The test in Yangzi River indicate that the data exchange between the controlling station and the unmanned boat is reliable and the system of main engine and the rudder can responds the boat remote controlling commands effectively.

radar tracking;automatic identification system(AIS);unmanned surface vessel(USV);attitude heading reference system(AHRS);Remote control

TN953;TP242

A

1672-2337(2017)01-0055-06

10.3969/j.issn.1672-2337.2017.01.010

2016-06-02;

2016-07-18

江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目;南通市科技計(jì)劃研究項(xiàng)目(No.BK2014031);江蘇交通科研項(xiàng)目(No.2011C04-11);江蘇省“333工程”(第三層次)科研項(xiàng)目資助基金(No.BRA2014312)

馮愛國男,1970年生,江蘇如東人,南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系副教授,遠(yuǎn)洋船長(zhǎng),江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人,江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”第三層次培養(yǎng)對(duì)象,主要研究方向?yàn)楹胶＜皩?dǎo)航技術(shù)、計(jì)算機(jī)在航海中的應(yīng)用。E-mail:fengag@ntsc.edu.cn