一种跨介质通信的海空协同监测系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种跨介质通信的海空协同监测系统，包括水下监测装置、水面监测装置和浮标中继装置，所述水下监测装置为自主式潜器，用于进行水下监测，所述水面监测装置用于进行水面监测，所述浮标中继装置与所述水下监测装置和所述水面监测装置分别通讯连接，所述水下监测装置和所述水面监测装置通过监测信息交换协同工作；本还发明专利技术还公开了一种跨介质通信的海空协同监测系统的使用方法。本发明专利技术公开的一种跨介质通信的海空协同监测系统的监测范围广、灵活性强、可靠性好且成本低，还具有一定的自主协同功能并且可以同时监测水面和水下的环境情况。

【技术实现步骤摘要】
一种跨介质通信的海空协同监测系统及其使用方法
本专利技术涉及海洋监测
，具体涉及一种跨介质通信的海空协同监测系统及其使用方法。
技术介绍
近些年来，随着世界各国关于海洋开发权争夺的日益激烈，迫切需要一种安全性高、覆盖范围广和使用寿命长的海空协同监测系统来对整个海域进行实时监测，以满足海洋开发、海洋救援和海上军事活动等海洋应用需求。现有的海洋监测方案分为两种：第一种方案是建立一套水面监测装置，系统由无人机、高频地波雷达和卫星组成，其中无人机和地波雷达主要用于对目标海域进行监测，地波雷达负责对大范围水面区域进行监测，无人机负责采集目标海域的图像信息，并将监测信息通过卫星传回陆地控制站；第二种方案是建立一套水下监测装置，系统一般包括水下传感器、水下摄像头和海底电缆，其中水下传感器和水下摄像头负责采集水下的环境信息，最后通过海底电缆将信息传回到陆地控制站。目前使用的水面监测装置主要用于海面信息的收集，如船只监测、油污监测等，水面监测装置的主要缺点是地波雷达造价昂贵，整个系统的灵活性较差；水下监测装置主要用于水下环境信息的收集，如海底管线的监测、海底潜艇鱼雷的监测等，受海底电缆长度限制整个系统的监测范围较小，而且系统一旦建立，很难进行移动和拓展。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的是建立一种监测范围广、灵活性强、可靠性好且成本低，还具有一定的自主协同功能并且可以同时监测水面和水下的监测系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种跨介质通信的海空协同监测系统，包括水下监测装置、水面监测装置和浮标中继装置，所述水下监测装置为自主式潜器，用于进行水下监测，所述水面监测装置用于进行水面监测，所述浮标中继装置与所述水下监测装置和所述水面监测装置分别通讯连接，所述水下监测装置和所述水面监测装置通过监测信息交换协同工作。进一步地，所述水下监测装置包括水声通讯模块、水下信息收集模块和第一控制模块，所述第一控制模块分别与所述水声通讯模块和所述水下信息收集模块通信连接；所述水声通讯模块用于与所述浮标中继装置通信并将收集的信息传输至所述第一控制模块，所述水声通讯模块内置多种调制方式，所述水声通讯模块最大有效通信距离为7.5km，所述水声最大有效通信距离保证了所述水声通讯模块在水下复杂环境中的可靠通信；所述水下信息收集模块用于收集水下的信息并将收集的信息传输至所述第一控制模块，收集的水下信息包括但不限于水下图像、所述水下监测装置的位置、所述水下监测装置深度信息；所述第一控制模块用于控制所述水声通讯模块和所述水下信息收集模块工作。进一步地，所述水下信息收集模块包括水下摄像单元、避障声呐、侧扫声呐、水下定位单元和温盐深(CTD,Conductivity,Temperature,Depth)传感器，所述水下摄像单元、所述避障声呐、所述侧扫声呐、所述水下定位单元和所述温盐深传感器均设置在所述自主式潜器上，所述水下摄像单元用于捕捉当前水下环境的清晰图像；所述避障声呐和所述侧扫声呐用于探测所述水下监测装置周围环境的障碍信息，保证所述水下监测装置的可靠自主航行；所述定位单元用于确认所述水下监测装置的位置；所述温盐深传感器用于采集所述水下监测装置所在环境的温度、盐度和深度信息。进一步地，所述水面监测装置包括无人机，所述无人机装载有水面信息收集模块、水面通讯模块和第二控制模块；所述水面信息收集模块用于收集水面相关信息将收集的信息传输至所述第二控制模块，包括但不限于水面图像、所述无人机位置信息；所述水面通讯模块用于与所述浮标中继装置通信，并将收集的信息传输至所述第二控制模块；所述第二控制模块用于控制所述水面信息收集模块和所述水面通讯模块。进一步地，所述水面信息收集模块包括水面摄像单元和水面定位单元，所述水面摄像单元用于收集水面环境图像信息，所述水面定位单元为GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)，用于收集所述无人机的当前坐标信息；所述水面通讯模块包括第一WI-FI(Wireless–Fidelity，无线保真)单元和第一无线电单元，所述第一WI-FI单元用于与浮标中继装置进行短距离数据传输，所述第一无线电单元用于与浮标中继装置进行长距离数据传输。进一步地，所述浮标中继装置包括浮标、浮标通讯模块、浮标信息收集模块和第三控制模块，所述浮标通讯模块、所述浮标信息收集模块和所述第三控制模块设置在所述浮标上，所述浮标用于使浮标中继装置漂浮在水面上，所述浮标通讯模块用于分别与所述水下监测装置和所述水面监测装置通信及传输数据，所述浮标信息收集模块为GPS，用于收集所述浮标中继装置的当前位置信息，所述第三控制模块用于控制所述浮标通讯模块和所述浮标信息收集模块。进一步地，所述浮标通讯模块包括浮标水声通讯单元、第二WI-FI单元和第二无线电单元，所述浮标水声通讯单元用于与所述水下监测装置通信及传输数据，所述第二WI-FI单元和所述第二无线电单元用于与所述水面监测装置通信及传输数据，所述第二WI-FI单元用于与所述水面监测装置进行短距离数据传输，所述第二无线电单元用于与所述水面监测装置进行长距离数据传输。进一步地，在确定目标海域后，使用者在主船上释放所述水下监测装置，所述水下监测装置携带所述浮标中继装置和所述水面监测装置航行；所述水下监测装置航行到达目标坐标点时，释放所述浮标中继装置和所述水面监测装置；所述浮标中继装置漂浮到水面后，释放所述水面监测装置；所述浮标中继装置将自身位置信息分别发送至所述水下监测装置和所述水面监测装置，并在之后间隔固定时间向所述水下监测装置和所述水面监测装置发送浮标中继装置新的位置信息；所述水下监测装置和所述水面监测装置在目标海域范围内进行航行监测，协同工作。在本专利技术的较佳实施方式中，一种跨介质通信的海空协同监测系统的使用方法为所述海空协同监测系统启动，所述浮标中继装置分别向所述水下监测装置和所述水面监测装置发送位置信息，所述水下监测装置和所述水面监测装置开始进行监测任务；在一个监测任务周期内，如果所述水下监测装置和所述水面监测装置均未发现异常，则所述水下监测装置和所述水面监测装置根据最近接收的所述浮标中继装置坐标信息航行至该位置，所述水面监测装置通过所述浮标中继装置将水面图像信息转发至所述水下监测装置，完成图像传输后，所述水下监测装置和所述水面监测装置开始进行下一个监测任务；如果在一个监测任务周期内所述水下监测装置或所述水面监测装置发现异常，通过所述浮标中继装置向另一装置发送当前坐标信息及工作指令，另一装置航行至坐标位置后拍摄所在位置图像并判断是否有异常，如果所述水下监测装置和所述水面监测装置同时判断为异常情况，则由所述水面监测装置向主船发送水面和水下警告信息；如果仅所述水下监测装置或所述水面监测装置的一个判断为异常情况，则由所述水面监测装置向主船发送水面或水下警告信息，另一装置信息标记为正常，完成标记后继续进行监测任务直到完成一个监测任务周期，完成一个监测任务周期后进入下一个监测任务。进一步地，所述水面监测装置发现异常情况时，所述水面监测装置标记异常情况并存储，所述水面监测装置向主船发送水面警告信息并通过所述浮标中继装置向所述水下监测装置发送坐标信息，指令所述水下监测装置立即航行到所述水面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，包括水下监测装置、水面监测装置和浮标中继装置，所述水下监测装置为自主式潜器，用于进行水下监测，所述水面监测装置用于进行水面监测，所述浮标中继装置与所述水下监测装置和所述水面监测装置分别通讯连接，所述水下监测装置和所述水面监测装置通过监测信息交换协同工作。

【技术特征摘要】
1.一种跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，包括水下监测装置、水面监测装置和浮标中继装置，所述水下监测装置为自主式潜器，用于进行水下监测，所述水面监测装置用于进行水面监测，所述浮标中继装置与所述水下监测装置和所述水面监测装置分别通讯连接，所述水下监测装置和所述水面监测装置通过监测信息交换协同工作。2.如权利要求1所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述水下监测装置包括水声通讯模块、水下信息收集模块和第一控制模块，所述第一控制模块分别与所述水声通讯模块和所述水下信息收集模块通信连接；所述水声通讯模块用于与所述浮标中继装置通信并将收集的信息传输至所述第一控制模块；所述水下信息收集模块用于收集水下的信息并将收集的信息传输至所述第一控制模块，收集的水下信息包括但不限于水下图像、所述水下监测装置的位置、所述水下监测装置深度信息；所述第一控制模块用于控制所述水声通讯模块和所述水下信息收集模块工作。3.如权利要求2所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述水下信息收集模块包括水下摄像单元、避障声呐、侧扫声呐、水下定位单元和温盐深传感器，所述水下摄像单元、所述避障声呐、所述侧扫声呐、所述水下定位单元和所述温盐深传感器均设置在所述自主式潜器上，所述水下摄像单元用于捕捉当前水下环境的清晰图像；所述避障声呐和所述侧扫声呐用于探测所述水下监测装置周围环境的障碍信息，保证所述水下监测装置的可靠自主航行；所述定位单元用于确认所述水下监测装置的位置；所述温盐深传感器用于采集所述水下监测装置所在环境的温度、盐度和深度信息。4.如权利要求1所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述水面监测装置包括无人机，所述无人机装载有水面信息收集模块、水面通讯模块和第二控制模块；所述水面信息收集模块用于收集水面相关信息将数据传输至所述第二控制模块，包括但不限于水面图像、所述无人机位置信息；所述水面通讯模块用于与所述浮标中继装置通信，并将收到的数据传输至所述第二控制模块；所述第二控制模块用于控制所述水面信息收集模块和所述水面通讯模块。5.如权利要求4所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述水面信息收集模块包括水面摄像单元和水面定位单元，所述水面摄像单元用于收集水面环境图像信息，所述水面定位单元为GPS，用于收集所述无人机的当前坐标信息；所述水面通讯模块包括第一WI-FI单元和第一无线电单元，所述第一WI-FI单元用于与浮标中继装置进行短距离数据传输，所述第一无线电单元用于与浮标中继装置进行长距离数据传输。6.如权利要求1所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述浮标中继装置包括浮标、浮标通讯模块、浮标信息收集模块和第三控制模块，所述浮标通讯模块、所述浮标信息收集模块和所述第三控制模块设置在所述浮标上，所述浮标用于使浮标中继装置漂浮在水面上，所述浮标通讯模块用于分别与所述水下监测装置和所述水面监测装置通信及传输数据，所述浮标信息收集模块为GPS，用于收集所述浮标中继装置的当前位置信息，所述第三控制模块用于控制所述浮标通讯模块和所述浮标信息收集模块。7.如权利要求6所述的跨介质通信的海空协同监测系统，其特征在于，所述浮标通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗雨，王易因，陈彩莲，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31