张爱国 孙宏放

摘要：相比直线路径跟踪控制，曲线路径跟踪控制往往由于操纵性约束和外界干扰，导致水面无人艇难以精确、稳定跟踪期望路径。本文通过引入Serret-Frenet坐标系，采用带有前视距离的视线导航法，然后设计出目标点的路径参数跟踪率，将对曲线路径跟踪转化为对一系列目标点的跟踪，最后再根据前视距离以及横向误差计算出期望艏向角，以此推导出SFLOS引导算法的具体表达式并进行仿真实验。实验结果表明，基于Serret-Frenet下的视线制导法与传统方法相比，尤其是在曲线路径跟踪上，在控制误差、稳定性和抗干扰性等方面性能均有提升，能快速收敛到目标轨迹。

关键词：水面无人艇;改进视线制导（SFLOS）;路径跟踪

引言

水面无人艇（unmanned surface vehicle，USV）集合了人工智能、自动化控制等多项技术，是一个复杂的系统。从上世纪九十年代至今，USV进入一个飞速发展的过程。在军事和民用方面应用广泛。其中，路径跟踪控制是USV技术发展的核心。路径跟踪控制是指USV从任意位置出发，能够按照规定的路径行驶并到达预定位置。路径跟踪控制是USV可以实现其他功能的前提，具有重要的实用价值。

在视线法中，在目标轨迹上定义一个虚拟的节点，并控制USV跟随该节点，从而使得 USV 位于目标轨迹上。视线法简单易用，但抗干扰性差。近年来，学者们提出了多种改进方法，以解决实际运用中遇到的难题。其中，柳晨光等[1]提出了考虑水流干扰条件下的自适应视距制导算法，通过在室外水池环境下的模型船路径跟踪控制试验平台，验证了其具有更高的路径跟踪控制精度和可靠性。……