全文总字数：6007字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

无人船技术在国外发展较早,刚开始主要用于军事领域,随着无人船技术的普及,应用领域慢慢扩展到了海洋探测、环境参数采集、海面巡逻以及气象学等领域。本论文在进行无人船的设计过程中,主要采用了模块化的设计理念,分别对某一个特定功能的模块进行设计,无人船系统包括水上无人船系统和岸基监控子系统,水上无人船系统包括无人船下位机主控制中心和驱动控制中心。水面无人船（usv）是具有自主航行能力，并且可自主实现环境感知、目标探测等任务的智能化、无人化水面平台，其最主要的特征便是欠驱动性，即利用2个独立的输入端同时控制3个自由度的运动。欠驱动系统能够通过较少的驱动器来完成复杂的控制任务，这不仅能够降低成本，简化控制系统结构，同时也能提高系统的可靠性与易维护性等。欠驱动控制可为与其对应的完全驱动系统，提供一种应急措施，即如果全驱动系统发生故障无法正常工作时，即可采用欠驱动控制策略，利用仍在工作的控制器继续对系统进行必要控制，如此可极大提升设备发生故障时，系统的可靠性。

由于usv的自主航行能力、环境感知、目标探测等能力，使其在民用与军用上，都具有重要作用。在民用方面，usv可应用于港口监控、水质采样、水文勘察、海事搜救等；在军用方面，usv可应用于监视侦查、情报收集、反潜、扫雷、精确打击、搜捕等功能。usv能够根据不同的任务，装备多种不同模块，搭载不同的传感器或执行设备。无人船却有很多的独到之处？船体不大，方便的航行在各种水域,受外界约束较小，具有非常商的灵活性，对无人船的操作也非常的简单，同时可自动采样，造价不髙等诸多的优点。无人船也将水面机器人技术、数据的网络传输与通信、计算机技术和智能传感巧技术巧合在了一起，可Ｗ最大限度的在环保水质监拥、科研勘探、水下拥绘、搜索救巧、安防巡逻乃至军事应用领域发挥积极的战略性应用与意义。

国内外研究现状

目前，国内外无人平台的研究正朝着体系化，信息化，智能化等方向发展，它的广泛使用是不可避免和迫近的必然趋势。在无人平台中，无人水面航行器（unmanned surface vehicle，简称usv）已被认为是以低费效比，满足水面复杂任务需求的可选方案之一。相对无人飞行器（unmannedair vehicle,简称uav），无人水下航行器（autonoumous underwater vehicle，简称auv）和无人地面航行器（unmanned ground vehicle，简称ugv）来说，usv具有独特的优势，能够同时与空中和水下的无人平台进行通信联络和信息交互，成为关键的信息节点。由于具有模块化，智能，无人等特点，usv将在工程和商业应用中逐渐发挥起到举足轻重的作用。

2. 研究的基本内容

本课题需要完成基于STM32的气象探测无人船自主巡航控制系统设计。通过对本课题的研究，应完成无人船寻迹航行的算法设计，实现无人船的单目标点巡航以及双目标点的巡航。调研无人船国内外发展现状以及船舶运动控制策略的发展与现状；了解自主航行要求及特点，设计自主航行控制单元方案；了解现有的寻迹算法；根据无人船的特性，设计符合无人船的寻迹算法，完成算法流程图设计,完成寻迹算法的仿真；理解电子罗盘的工作原理以及控制方式；熟悉STM32嵌入式开发的方法，掌握单片机对无人船的控制方式和原理，编写无人船寻迹程序；综合调试，实现无人的自主巡航。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1. 无人船系统结构设计：

   该控制系统硬件以stm32为核心作为主控 cpu来设计，stm32系列基专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的arm cortex- m3内核。stm32f103ve具有512kb flash和64kb的sram。cpu 最高频率为72mhz，128kb的片内flash，20kb的ram，3个usart接口，2个spi接口，2个i2c接口，1个usb 接口，1个can接口，4个定时器，2个16通道的adc，80个gpio，本款单片机硬件资源丰富，功能强大，满足本设计的需求，而且价格便宜，性价比高。

   1）、坐标系的建立和方向角的确定：

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   4. 参考文献

   1. 孙东平.无人船控制系统设计与实现[d].中国海洋大学硕士学位论文，2015.

   2. 邢国城.某轿车自适应巡航系统多目标优化控制策略研究[d].吉林大学硕士学位论文，2017.

   3. 吴光强，张亮修，刘兆勇，郭晓晓.汽车自适应巡航控制系统研究现状与发展趋势[j].同济大学学报（自然科学版），2017,45（4）.

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