AUV路径跟踪视线法（Line Of Sight）制导原理

前言

针对路径跟踪问题，为调整 AUV 趋向且收敛至期望路径，本文对视线角(Line Of Sight)导航的方法原理进行介绍。
就水平面视线法原理进行具体介绍，垂直面上与之类似。

一、趋近角的表达式

直接给出一种常用的趋近角，表达式如下：
$$\{\begin{array}{llc}{\delta }_{\theta }=arctan(\frac{z_e}{{\Delta }_z})& & \\ {\delta }_{\psi }=-arctan(\frac{y_e}{{\Delta }_y})& & \end{array}$$
其中${\Delta }_z$和${\Delta }_y$为前视距离，大小与所选参考目标点的位置有关。

二、水平面趋近角原理

原理图如下所示：

$P^{\ast }$为移动坐标系（SF坐标系）上的下一个参考目标点（前视点），此时的趋近角表示为$Q{P}^{\ast }$与$P{s}_1$的夹角$\delta$，AUV的重心Q在$P{s}_1$上的投影为$Q_s$,$Q_s$与目标参考点 的距离与趋近角大小有关,距离越大趋近角越小。

${\psi }_e$为AUV的航迹角（定系）与SF坐标系与定系夹角的差值，为使AUV到达指定目标点，应当使${\psi }_e$趋近于趋近角$\delta$，如此AUV的和速度$v_t$指向$P^{\ast }$点，进而快速达到预定轨迹。

三、趋近角选择优势

伴随着AUV逐渐靠近目标点，沿$y_1$轴方向的误差$y_e$会逐渐减小，观察到趋近角为$y_e$的函数，随着$y_e$减小趋近角也会减小，最终趋近于零，同时趋近于趋近角的$y_e$也会减小到零，即${\psi }_e$=0,即同时实现了AUV的位置以及姿态达到预期值。
另外一点，随着AUV趋近于期望路径，趋近角减小，而AUV的趋近速度是趋近角的函数，此时便能达到越靠近目标路径速度越小的效果，很好地防止了跟踪的冗余。