1.基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：建立无人艇三自由度运动数学模型：

1)采用附体坐标系和惯性坐标系来描述无人艇在实际环境的运动状态；

2)选取附体坐标系中的纵荡、横荡和艏摇三自由度分别表示无人艇纵向位移x和纵向速度u、横向位移y和横向速度v、艏向角ψ和艏摇角速度r；

步骤2：根据无人艇三自由度运动数学模型，计算路径跟踪误差：

1)获取无人艇的当前位置信息和预先设定的参考路径信息；

2)以附体坐标系的原点在参考路径上的投影点作为原点，建立切线坐标系；

3)借助步骤1中的坐标系以及2)中的切线坐标系，计算路径跟踪误差；

步骤3：根据路径跟踪误差和传统LOS制导律，设计带滤波的扩张状态观测器(FESO)来估计时变的侧滑角：

1)根据路径跟踪误差以及传统LOS制导律，计算出航向角与侧滑角的关系、航向角与横向路径跟踪误差和前瞻距离的关系；

2)分析横向路径跟踪误差与前瞻距离的关系，设计基于时变的前瞻距离；

3)根据横向路径跟踪误差、侧滑角和航向角，引入对横向路径跟踪误差的滤波，设计带滤波的扩张状态观测器，实现对侧滑角自适应估计；

步骤4：根据估计的侧滑角以及时变的前瞻距离，设计侧滑补偿的改进ILOS制导律：

1)根据步骤3中时变的前瞻距离，替换原来定长的前瞻距离；

2)根据步骤3中估计的侧滑角，加入到ILOS制导律中，从而实现对外界干扰的精确补偿；

步骤5：根据侧滑补偿的改进ILOS制导律，设计基于自整定的PID的艏向控制器：其中，Kp是比例增益、Ki积分增益和Kd积分增益；ψe＝ψd‑γp，δ(t)是控制指令；γp是参考路径在投影点(xp(ω)，yp(ω))的切线参考系相对惯性坐标系的顺时针旋转角度，ψd是改进ILOS制导律；

采用改进遗传算法对PID的艏向控制器中的Kp、Ki和Kd参数进行自整定；通过对不同的Kp、Ki和Kd参数产生的控制效果进行评价，选取最适合的参数；选择横向路径跟踪误差以及航向偏差作为评价指标，将改进遗传算法的评价函数f设计为：∞ 2

f＝∫0 (w1|ye(t)|+w2δ(t))dt其中ye(t)为随时间变化的横向路径跟踪误差，δ(t)为控制指令，w1和w2分别为加权系数。

2.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于：步骤1中：无人艇的三自由度运动数学模型为：

T

其中，η＝[x y ψ] 是位置向量，是位置向量关于时间的微分，J(η)是一个变换矩阵，T用于转换目标物和全局参考系之间的速度矢量；V＝[u u r] 是速度向量， 是速度向量关

3x3

于时间的微分；M∈R 表示惯性坐标系下的惯性矩阵，刚体质量矩阵和水环境中的位移相

3x3 3x3

关的附加质量矩阵之和，C(V)∈R 表示科里奥利与向心力矩阵，D(V)∈R 表示水动力阻3

尼矩阵，也是线性和非线性阻尼矩阵之和；τ∈R 表示螺旋桨推力和转向力矩，d＝[du dv dr]表示外界干扰。

3.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于：步骤2中：对当前无人艇的位置信息以及预先设定的参考路径进行坐标转换，获得无人艇路径跟踪误差；设无人艇的位置p(x，y)在预先设定的参考路径上面的投影为(xp(ω)，yp(ω))，这里的w是一个正的路径变量，P(w)是参考路径，它是一组连续的航路点组成的非闭合曲线；

步骤2具体执行以下步骤：

1)获取无人艇的当前位置信息和预先设定的参考路径信息；

2)以附体坐标系的原点在参考路径上的投影点(xp(ω)，yp(ω))作为原点，建立切线坐标系；通过切线坐标系和惯性坐标系的关系获取到转换角度：其中，

3)根据附体坐标系与转换角度，计算得到路径跟踪误差；

由于点(xp(w)，yp(w))是点p(x，y)对参考路径的投影，那么路径跟踪误差的纵向路径跟踪误差xe＝0，ye为横向路径跟踪误差；上式中关于γp的矩阵是附体坐标系与切线坐标系的转换矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于：步骤3中：

1)由传统的LOS制导律的原理可知：

Δ指的是前瞻距离，期望的航向角χd，满足χd＝ψd+β，β指的是侧滑角，β＝arctan(v，u)，ψd指的是期望的艏向角；

通过将横向路径跟踪误差对时间微分，得到：

其中， 表示无人艇的合速度，艏向角ψ、航向角χ满足等式χ＝ψ+β；

2)将前瞻距离设计为：

其中，Δnew指的是时变的前瞻距离，Δmin是前瞻距离的最小值，ΔT是前瞻距离最大值与最小值之差取绝对值；与此同时，λ1>0是调整系数，λ2>0是收敛速度；

3)为了精确地估计时变侧滑角，设计带滤波的扩张状态观测器：上式中的yef表示的是滤波后的横向路径跟踪误差ye， 表示的是对yef的估计， 表示对ye的估计，E和 表示的是估计误差；yf＝yef‑ye表示的是滤波误差， 表示 对时间的微分， 表示 对时间的微分， 表示 对时间微分，系数τ，η1，η2，η3，η4，η5均为大于0的正数；g＝U sin(ψ‑ γp)β，函数fal(.)定义如下：其中，ε和δ均为大于0的正数，且ε小于1，即0<ε<1带滤波的扩张状态观测器对外界干扰产生的无人艇侧滑角进行精确估计，侧滑角估计值 为：带滤波的扩张状态观测器改写为：

其中，表示E对时间的微分， 是 对时间的微分。

5.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法，其特征在于：步骤4中的带有侧滑补偿的改进ILOS制导律为：