【正文】 CDτ?式中， ， 為慣性矩陣， 為剛體慣性矩陣， 為附加質(zhì)RBA?=RBAM量矩陣， ， 為剛體的哥氏力和向心力矩陣，()()?CV(v)為附加質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣， 為阻尼矩陣。對于船舶，通常忽略其垂直面內(nèi)的運動，只研究其水平面運動。在水流作用下的無人水面船動力學方程可表示為 (29)()()()()RBArrrE????MvCvCDvg?? ??式中， 表示無人水面船在船體坐標系下相對于水流的廣義速度，即 ，rv rc?v表示船體坐標系下水流的速度。RBA?=RBA??vv在上面的動力學方程中，假定無人水面船所在水域的水是靜止的。 MRB(v)無人水面船所受外力和外力矩可寫成 (26)ARBDGEDGE????τMτvC()τ?式中， 為粘性流體阻尼力和升力， 為重力和浮力產(chǎn)生的恢復(fù)力， 為外Dτ Eτ部環(huán)境產(chǎn)生的擾動力， 為控制力和力矩， 為附加質(zhì)量矩陣， 為附加τA()ACV質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣。根據(jù)牛頓定律，可以得到無人水面船在船體坐標系下的動量方程和動量矩方程 [3]： (24)(())m?????gg00VωRFIIVωT??式中 是無人水面船重心在船體坐標系下的坐標， 是無人水T[]ggRxyz? 0I面船相對于船體固定坐標原點 的轉(zhuǎn)動慣性矩陣。ybx船體坐標系下的速度與 NED 坐標系下的速度的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為： (21)nbxuyvzw??????????????R歐拉角的一階導(dǎo)數(shù)與角速度向量關(guān)系為：本科畢業(yè)設(shè)計論文10 (22)pqr?????????????????T?其中 1sintacostan0iiee????????????T結(jié)合式(2 1)和式(22) ，建立無人船的運動學方程 (23)vηJ()?式中， 。()z?R()y?()x?R39。bzbz[10]。船體坐標系分別繞 軸旋轉(zhuǎn)形成橫滾角 ，繞 軸（第一次旋轉(zhuǎn)后bx?39。T Tz將無人水面船六自由度運動方程中的參數(shù)寫作向量形式：， ，12TT????????1Txyz????2T?????， ，?vV?uvwpqr?， ，TT????F? TxyzF????Txyz????其中， 為廣義坐標向量， 為廣義速度向量， 為廣義力向量 。 （2）船體坐標系[B]船體坐標系 以船體上的一點（一般為重心）為原點，一般定義 指向bxyz bx船舶的縱向運動方向， 軸指向船舶的橫向運動方向， 軸與 軸和 軸垂直b bzby且指向下，構(gòu)成為右手坐標系。{N}坐標系相對{E}坐標系的位置z用經(jīng)度 、緯度 和高度 表示。一般說來，坐標系的選擇是任意的，但是，如果坐標系選取得當，會給討論問題帶來方便。本章通過研究無人自主水面船運動參數(shù)與各坐標系的關(guān)系，建立了其運動學模型；根據(jù)牛頓定律建立作為剛體的動力學模型；通過分析其受力和力矩情況，根據(jù)動量定理和動量矩定理建立無人自主水面船的動力學模型，并在此基礎(chǔ)上，通過增加簡化條件，建立無人船的水平面運動方程的一般表達式和簡化式。第二章 無人自主水面船運動的數(shù)學模型 引言無人自主水面船是一個具有非線性特征的復(fù)雜對象，在水中運動時會受到各種力和力矩的作用，研究其在這些力和力矩作用下的運動規(guī)律，從而建立無人自主水面船數(shù)學模型，是研究其控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 第六章，總結(jié)。 第五章，功能測試與硬件聯(lián)調(diào)。 第四章，無人自主水面船岸上控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 第三章，無人自主水面船硬件控制系統(tǒng)設(shè)計。 第二章，無人自主水面船運動的數(shù)學模型。概要介紹了無人水面船的主要用途以及現(xiàn)如今國內(nèi)外無人水面船研究發(fā)展概況，給出了本文的主要研究目的和意義。除此之外，MFC 還提供了比 API 更高層的抽象 [7]。MFC 同時也是一個應(yīng)用程序框架（ Application Framework）。在進行程序設(shè)計時，可以通過繼承類庫中的已有類，產(chǎn)生更專門、更強大的類庫。MFC 是用做 Windows API 的面向?qū)ο蠓庋b的 C++類庫，對此，微軟做了大量的工作，隱藏了程序開發(fā)人員在 Windows 下用 C++編寫軟件時的大量內(nèi)部細節(jié)，如應(yīng)用程序消息的處理、設(shè)備環(huán)境繪圖等。（7）狀態(tài)欄 狀態(tài)欄用來顯示當前的操作狀態(tài)、注釋、光標所在的位置等。（5）文檔窗口 文檔窗口顯示源文件、資源文件、文檔文件的程序代碼。單擊項目工作區(qū)底部的標簽可以從一個視圖切換到另一個視圖，而每個視圖都是按層次方式組織的。 Ⅳ 多個相互依賴的工程。 Ⅱ 一個工程的子工程 。項目工作區(qū)用來組織項目、元素以及項目信息在屏幕上出現(xiàn)的方式。（3）工具欄工具欄中包括菜單欄中的一些命令，使用起來更快捷方便。標題欄菜單欄本科畢業(yè)設(shè)計論文5 圖 11 Visual C++ 主窗口（1）標題欄標題欄一般包括：項目名稱、 （最小化）、 （最大化）/ （還原）和 （關(guān)閉）按鈕。從開始菜單中啟動 Microsoft Visual C++ ，將進入 IDE 的主窗口。以上這些新的特性可以更好地利用 Visual C++ 開發(fā)工具進行 Window應(yīng)用程序開發(fā)。在使用加速鍵、對話框、菜單、字符串時，如果需要對多個項目作同一修改，可以選擇所有要改的項目，然后選擇“View︱Properties” 菜單命令，在 Properties 對話框中一次完成多個項的值的更改。在 IDE 中創(chuàng)建一個新的工程或從以前版本的工程進行轉(zhuǎn)換時創(chuàng)建，內(nèi)部Build 文件與 NMAKE 外部編譯工具不兼容，可以通過選擇 “Project︱Export Makefile”菜單命令創(chuàng)建一個與 NMAKE 兼容的外部 Build 文件。在 Visual C++ 中，工作區(qū)文件已 dsw 為后綴名，項目文件已 dsp 為后綴名。(4)支持 Inter 連接可以直接在集成開發(fā)環(huán)境（IDE）中查看網(wǎng)頁頁面，可以使用全新的InfoViewer 或注冊的 Web 瀏覽器去查看 Web 上的頁面。如可以創(chuàng)建新的工具條和菜單（增加、刪除菜單命令和工具條按鈕等）。Visual Studio 及其組件都可以看作對象來處理，這意味著可以進行自動化和諸如打開、編輯、關(guān)閉文檔和調(diào)整窗口等操作。(1)自動化和宏功能自動化（Automation）功能用于實現(xiàn)一些重復(fù)性過程和工作。除了支持 Inter 特性外，ADO 數(shù)據(jù)綁定、ATL 復(fù)合控件、Auto Completion、編輯和繼續(xù)特性、OLEDB 提供者模塊、延遲加載移入以及新的調(diào)試特性等都給 Visual C++ 增色不少。Visual C++ 是微軟公司推出的 Visual C++開發(fā)工具 版本，發(fā)行于Microsoft 的 Visual Studio 套裝軟件中。Visual C++ 提供了MFC 類庫，使用戶可以很方便地開發(fā)自己想實現(xiàn)的功能。它用來在 Windows 環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用程序，是一種功能強大、行之有效地可視化編程工具。加之國外對我國進行技術(shù)封鎖，因而在無人自主水面船的研究我們?nèi)杂泻荛L的路要走 [13]。此外，哈爾濱工程大學水下智能機器人實驗室在水下機器人技術(shù)研究方面也積累了較豐富的經(jīng)驗，目前正在開展水面無人艇的概念設(shè)計和艇體初步設(shè)計等工作。據(jù)已有的報道，主要有某通信修理廠、沈陽新光公司、哈爾濱工程大學作過這方面的研究。智能水面高速無人艇是順應(yīng)發(fā)展的產(chǎn)物，可在未來戰(zhàn)爭中為大部隊建立快速海上通道、布置水面信息節(jié)點、進行信息中繼與網(wǎng)絡(luò)電子干擾、以集群方式對重點目標進行情報收集、監(jiān)視、偵察、武裝保護和精確打擊諸方面發(fā)揮積極作用 [12] [14]。而新加坡在與美國聯(lián)合研制“斯巴達偵察兵” 無人船的同時，也于 2022 年新加坡航展公布了國產(chǎn)“維納斯 ”軍用無人船。 德國則在多無人艇協(xié)同作戰(zhàn)上顯示出特色，所研制的無人艇可達到四艘小艇在兩人的控制下協(xié)同完成掃雷任務(wù)。另外在美國還有若干公司也在開發(fā)研制 USV，也取得了相當?shù)倪M展，如美國機器人船舶公司所開發(fā)的“幽靈衛(wèi)士”， 2022 年，以色列拉斐爾武器設(shè)計局向以色列國防軍交付了首批“保護者”（Protector）水面高速自主無人艇。2022 年，美國海軍研究辦公室(ONR)正式提出建造瀕海戰(zhàn)斗艦(Littoral Combat Ship，簡稱 LCS)的概念。無人水面船則用于水文氣象探本科畢業(yè)設(shè)計論文2測、海上搜救等等。通過配備先進的控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及武器系統(tǒng)，無人水面船可廣泛執(zhí)行巡邏、偵察、監(jiān)視、反恐攻擊、掃雷等任務(wù)。目前，國外已有多種無人水面船開始應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，特別是以美國為代表的西方國家已將其列為重要的發(fā)展方向。 國內(nèi)外無人水面船研究與應(yīng)用現(xiàn)狀無人水面船的出現(xiàn)可追溯到第二次世界大戰(zhàn)，但是到 1990 年才有大規(guī)模的無人水面船項目出現(xiàn)。無人自主水面船控制系統(tǒng)可以分成船上控制系統(tǒng)和岸上控制系統(tǒng)，船上控制系統(tǒng)采集各個傳感器的信息、執(zhí)行控制指令等，以 PC104 為硬件平臺、 VxWorks 操作系統(tǒng)為軟件平臺；而岸上控制系統(tǒng)進行任務(wù)設(shè)定、控制解算、航行信息監(jiān)控等，以 PC 機為硬件平臺、Visual C++為軟件平臺。控制系統(tǒng)是無人水面船的最為關(guān)鍵的部分,控制系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性直接決定著無人水面船的整體性能。11” 之后,隨著美國海軍對瀕海戰(zhàn)爭和反恐任務(wù)投入更多關(guān)注，以美國為代表的西方國家更是將其列為重要的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：無人自主水面船，Visual C++，串口通信本科畢業(yè)設(shè)計論文IIABSTRACTAs the automation technology of ship as well as the USled Western countries concerned about the Unmanned Autonomous Surface Vehicles (UASVs), the technologies of the UASVs has been rapid development. Presently there has been a variety of autonomous surface vessels were used in the field of military and civilian. The control system is one of the most critical technologies of UASVs, The realtime and stability of the control system adirectly determine its overall performance. In this paper, with PC as the hardware platform and Visual C++ as the software platform, it develops the UASVs ground control system software, and pletes the missioning of the system, The main tasks in this paper are:First, it devises the kinematic and dynamic models of the UASVs. According to the task of the UASVs, it pletes the design of control system hardware what mainly includes the PC104 industrial puter, PHINS, GPS receiver, thrust motor, speed control module, wireless serial munication module and the ground PC machine. Secondly, with the Visual C++ as the software platform, it develops the UASVs ground control system software what includes the user interface creation and implementation of functional modules. The functional modules include the serial munication module, navigation module set tasks, monitor information processing modules, control instructions and control information calculating module to send the module. After pleting the software designing, it analysis the munication of unmanned ship and ground station. Finally, it pletes tests of each function module of the control system of the UASVs a