轴的力矩；a用于表征空气动 力；h用于表征水动力；p用于表征螺旋桨力；R用于表征舵力；g用于表征重力；
[0103] 建立气垫船操纵运动方程时，通常把船舶当成刚体，认为其形状、尺度、质量及质 量分布均不随时间改变。这样，引用牛顿关于刚体质心运动的动量和动量矩定理，建立气垫 船的四自由度运动微分方程组如下：
[0105] 其中，Iz用于表征气垫船绕z轴的惯性矩；Ix用于表征气垫船绕X轴的惯性矩；m 用于表征气垫船的质量；u用于表征气垫船的纵向速度；V用于表征气垫船的侧向速度；r 用于表征气垫船的转首角速度；P用于表征气垫船的横摇角速度4用于表征气垫船的纵向 加速度；纟用于表征气垫船的侧向加速度；力用于表征气垫船的横摇加速度；纟用于表征气 垫船的转首角加速度。
[0106] 步骤205:根据该数学模型，确定大地坐标系和船体坐标系之间的速度关系。
[0107]在本实施例中，可以根据式（1)和式（2)，确定该大地坐标系和船体坐标系之间的 速度关系，如下式（3):
[0109]其中，巾用于表征气垫船的航迹角；也用于表征气垫船的艏向角；#用于表征气 垫船的航迹角速度；用于表征气垫船的艏向角速度；％用于表征气垫船X方向的速度； .九用于表征气垫船y方向的速度。
[0110] 根据上述公式，只要求出每一瞬间作用在船体上的各外力的数值，并代入方程，进 行求解，即可得到任意时刻气垫船的运动状态及姿态。
[0111] 步骤206:气垫船在实际航行过程中，获取当前作用于气垫船航行的目标外力参 数值。
[0112] 在本实施例中，需要获取的目标外力参数值可以包括：Fx、Fy、Mx、Mz。
[0113] 其中，上述需要获取的目标外力参数值可以通过相应的测量工具测量得到。
[0114] 本实施例中，根据获取到的上述目标外力参数值可以确定出#、WA和爲,进 而根据艏向角确定出气垫船的航迹角。
[0115] 步骤207 :确定当前气垫船航行所需的目标航迹角值。
[0116] 在本实施例中，气垫船在航行过程中包括既定的航行轨迹，因此，可以确定出当前 气垫船航行所需的目标航迹角值，例如，45度。
[0117] 步骤208:根据该数学模型以及预先设定的控制规则，对气垫船进行调整，以保证 在当前的目标外力参数值的作用下，气垫船按照确定的所述目标航迹角值进行航行。
[0118] 如图5所示，为气垫船在航行过程中航迹角巾与艏向角iK侧漂角的关系图， 根据图5可知，航迹角为艏向角与侧漂角的和。其中，艏向角可以通过操纵空气舵来直接控 制，而气垫船的侧漂角不能对其进行直接控制，它与气垫船的外界环境和运动状态息息相 关。
[0119] 在本实施例中，可以通过预先设定的控制规则，对气垫船进行调整，从而可以保证 气垫船按照确定的目标航迹角值进行航行，降低了气垫船的事故发生率。
[0120] 如图6、图7所示，本发明实施例提供了一种气垫船航迹向控制系统。装置实施例 可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图6 所示，为本发明实施例气垫船航迹向控制系统所在设备的一种硬件结构图，除了图6所示 的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可 以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图7所示，作为一 个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指 令读取到内存中运行形成的。本实施例提供的气垫船航迹向控制系统包括：
[0121] 建立单元701，用于建立用于模拟气垫船航行轨迹的数学模型；所述数学模型包 括作用于气垫船航行的外力参数、气垫船的艏向角以及气垫船的航迹角；
[0122] 获取单元702,用于获取当前作用于气垫船航行的目标外力参数值；
[0123] 确定单元703,用于确定当前气垫船航行所需的目标航迹角值；
[0124] 调整单元704,用于根据所述数学模型，对气垫船进行调整，以使在当前的目标外 力参数值的作用下，气垫船按照确定的所述目标航迹角值进行航行。
[0125] 进一步地，
[0126] 所述建立单元701，具体用于通过如下方式用于模拟气垫船航行轨迹的数学模 型：
[0127] 建立气垫船在各个外力参数的作用下的合力的公式：
[0129] 其中，Fx用于表征气垫船所受到的在X轴方向的力；Fy用于表征气垫船所受到的 在y轴方向的力；MX用于表征绕X轴的力矩；MZ用于表征绕z轴的力矩；a用于表征空气动 力；h用于表征水动力；p用于表征螺旋桨力；R用于表征舵力；g用于表征重力；
[0130] 建立气垫船的四自由度运动微分方程组：
[0132]其中，Iz用于表征气垫船绕z轴的惯性矩；Ix用于表征气垫船绕X轴的惯性矩；m 用于表征气垫船的质量；U用于表征气垫船的纵向速度；V用于表征气垫船的侧向速度；r用于表征气垫船的转首角速度；P用于表征气垫船的横摇角速度4用于表征气垫船的纵向 加速度；.1>用于表征气垫船的侧向加速度；J用于表征气垫船的横摇加速度；/?_用于表征气 垫船的转首角加速度。
[0133] 进一步地，
[0134] 所述建立单元701，具体用于确定大地坐标系和船体坐标系之间速度关系如下式 所示：
[0136] 其中，巾用于表征气垫船的航迹角；也用于表征气垫船的艏向角；A用于表征气 垫船的航迹角速度；t用于表征气垫船的艏向角速度；^用于表征气垫船X轴方向的速度； 九用于表征气垫船y轴方向的速度。
[0137] 该控制系统可以进一步包括：
[0138] 存储单元705,用于通过如下语句，设定并存储气垫船在实际航行时的控制规则， 并在确定气垫船存在如下条件时，利用所述控制规则执行所述对气垫船进行调整的操作：
[0139] IF〈条件DAND〈条件 2>AND......AND〈条件n>
[0140] THEN〈结论DAND〈结论 2>AND......AND〈结论n>。
[0141] 进一步地，所述存储单元705,具体用于设定并存储如下控制规则：
[0142] IF回转率AND回转率超过安全限界时，THEN控制舵角调整归零；
[0143] 和 / 或，
[0144] IF舵角超过30°的绝对值时，THEN控制舵角调整为30°或-30° ;
[0145] 和 / 或，
[0146] IF低速时，THEN采用舵和螺旋桨共同控制气垫船；
[0147] 和 / 或，
[0148] IF高速时，THEN采用舵对气垫船进行转向控制。
[0149] 综上，本发明实施例至少可以实现如下有益效果：
[0150] 1、通过建立用于模拟气垫船航行轨迹的数学模型，可以通过将作用于气垫船的外 力参数值以及艏向角的值输入到该数学模型中，模拟出气垫船的航行轨迹，为了防止气垫 船发生侧漂，以保证气垫船按照所需的目标航迹角值进行航行，可以根据该数学模型对气 垫船进行调整，从而提高了对气垫船的操纵性，可以有效防止气垫船发生侧漂等事故。
[0151] 2、本发明实施例中，通过建立全垫升气垫船四自由度运动数学模型，设计了基于 VisualC++的全垫升气垫船航迹向控制专家系统。气垫船航迹向控制专家系统是由知识 库、推理机、动态数据库和人机界面等多个模块组成。根据气垫船操纵员驾驶经验和航迹向 保持实验数据等建立基于规则的知识库，设计气垫船航迹向控制专家系统的良好的人机界 面，用户可以通过人机界面进行目标参数设置以及其它数据的输入，并将最终的控制结果 实时的显示出来，设计了数据库管理模块用来存储、管理数据，并实现各个功能模块之间的 通讯。基于专家系统的这种航迹象控制方法，使得航迹象偏差比较小，操舵范围比较小，侧 滑角