一种载人潜水器模拟系统技术方案

本发明专利技术涉及一种载人潜水器模拟系统，包括载人潜水器仿真本体、数据仿真平台以及视景仿真系统，且各个系统之间通过高速以太网交换机互联，所述载人潜水器仿真本体用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括与实艇一致的整体外观尺寸、舱内环境及操作系统；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器各类传感器所获取的传感检测数据，为仿真本体的舱内控制系统提供一个仿真的数字环境；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底热液喷口活动区、海底山脉区海盆多金属结核分布区三类海底仿真视景环境，并可通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换。

A simulation system for manned submersible

The present invention relates to a simulation system of a manned submersible, including manned submersible body, the simulation data simulation platform and visual simulation system, and each system through the high-speed Ethernet switch interconnection, the manned submersible body simulation to real structure simulation of dragon manned submersibles, including operating system environment and overall appearance class size, consistent with the real boat; sensing data to generate the Dragon manned submersible sensors acquired by the data simulation platform provides a simulation environment for the digital simulation of the cabin body control system; the real image visual simulation system with the Dragon manned submersible dive taken as a foundation, through computer modeling to construct undersea hydrothermal vent activity area, sea mountain basin area distribution of polymetallic nodules in three kinds of sea area The visual environment can be simulated, and the movement and transformation of the undersea scene can be realized by the motion instructions of the cabin control system.

【技术实现步骤摘要】
一种载人潜水器模拟系统
本专利技术涉及一种模拟系统，尤其涉及一种载人潜水器的模拟系统。
技术介绍
载人潜水器是指由搭载人员驾驶操作，具有生命支持配套和辅助系统，具备水下作业能力的可移动潜水装置。载人潜水器不仅可用于水下试验，还可用于水下地质地貌和资源勘探、水下科学考察、水下工程施工、水下救援等工作用途，目前已在我国深海地质、生物等领域的科学考察和海底资源勘探中发挥了重要作用。载人潜水器作为一种安全、高效的水下运载平台，能够搭载潜航员、工程技术人员或科学家开展水下作业活动。载人潜水器所搭载的下潜人员以及载人潜水器水面指挥人员均需要经过系统的培训，潜航员的训练首先是在常规条件下掌握载人潜器的操纵和作业技巧，实艇的海上训练非常重要且必不可少；然而海上实艇训练需要大型船舶和其它配套设备，并且海上操纵训练需要选择合适海区，训练周期长，深潜实艇训练一次动辄花费数十万近百万元；同时，载人深潜需要大量频繁的操纵训练，依靠实艇训练人力物力是无法估量的，无法实现长期低成本高效率培训。目前尚未有针对载人潜水器研发的驾驶操纵模拟器或模拟系统，因而需要提出一种方案为提高潜航员及相关人员的载人潜水器实艇操作技术技能提供重要平台。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷，提出一种载人潜水器模拟系统，用于模拟载人潜水器，将舱内环境、运行数据和海底视景相结合，为载人潜水器潜航员陆上模拟培训提供所需的技术装备。本专利技术是采用以下的技术方案实现的，一种载人潜水器模拟系统，包括通过以太网交换机互联的载人潜水器仿真本体、视景仿真系统以及数据仿真平台；所述载人潜水器仿真本体用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括仿真外壳、载人舱及舱内控制系统；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为载人潜水器仿真本体舱内控制系统提供一个仿真的数字环境。进一步的，所述载人潜水器仿真本体还包括分别与舱内控制系统相连的作业系统、观通模拟系统、水声通信模拟系统和生命支持模拟系统，且在载人舱前部设置有观察窗；所述作业系统包括采样篮、机械手、模拟推进器、模拟抛载机构以及液压源；所述观通模拟系统包括摄像照明设备和舱内视频监控系统；所述水声通信模拟系统包括舱内水声通信计算机、模拟水声电话、话筒及音箱；所述生命支持模拟系统包括舱内供氧系统模型、备用供氧系统模型、二氧化碳滤除罐模型、舱内环境监测面板模型、生命支持显控面板模型以及应急呼吸面罩模型。进一步的，所述舱内控制系统包括航行控制模拟模块和综合显控模拟模块，且所述航行控制模拟模块、综合显控模拟模块通过以太网与水声通信模拟系统、视景仿真系统和数字仿真平台相连。进一步的，所述视景仿真系统包括设置在观察窗前方的环形投影柱幕、高性能计算机工作站及图形加速卡、投影机组以及用以实时显示设定训练区域视景的电子海图模块；所述电子海图模块生成并显示模拟载人潜水器相对于母船的位置、潜水器在大地坐标系中的位置、潜水器的姿态（包括航向、深度、纵倾、高度、速度、避碰等）、潜水器相对于作业目标的位置，并根据定位数据产生模拟温度、盐度、深度、高度、对底速度数据发送给舱内控制系统；高性能计算机工作站根据电子海图模块调用视景信息，所述视景信息包含根据蛟龙号载人潜水器拍摄的海底录像制作的数字化海底仿真视景资料，视景信息经过图形加速卡运算后由投影机组投影到环形投影柱幕进行显示。进一步的，所述环形投影柱幕采用半径大于5m的120度无缝拼接柱幕，可覆盖载人舱观察窗最大视野。进一步的，所述数据仿真平台包括与舱内控制系统相连的推进器系统数据模拟模块、液压系统数据模拟模块、压载与纵倾调节模拟模块和电池系统数据模拟模块；舱内控制系统接收电子海图模块发送的载人潜水器定位数据并根据定位数据产生模拟温度、盐度、深度、高度、对底速度数据；所述推进器系统数据模拟模块用以接收载人舱内操作系统的航行操作手柄控制量并据此产生模拟推进器电流与反馈数据，同时根据载人潜水器动力学模型计算载人潜水器模拟速度与加速度数据；所述液压系统数据模拟模块用以产生载人潜水器仿真本体的模拟液压系统压力、电流和油箱温度数据；所述压载与纵倾调节模拟模块用以产生载人潜水器仿真本体的模拟压载抛载指令与前后水银液位纵倾调节传感数据；所述电池系统数据模拟模块用以模拟潜水器系统的主蓄电池、副蓄电池、备用蓄电池的电压与电流数据。进一步的，所述数据仿真平台还包括载人潜水器故障数据库，通过控制上述数据的变化模拟载人潜水器相关系统的故障发生与故障恢复，所述故障数据库包含的故障信息包括：故障发生时间、故障触发生的变量条件、故障涉及变量列表、所涉及变量的时间-数值变化以及故障消除条件。进一步的，所述数据仿真平台与舱内控制系统实现数据交互，交互内容包括：载人潜水器大地坐标位置、载人潜水器姿态与运动速度、载人潜水器可调压载系统数据、潜水器深度、高度、CTD数据、舱内生命支持系统数据、避碰声纳数据、潜水器蓄电池电流电压能耗、母船位置、母船运动速度、潜水器相对母船位置数据。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术提出的载人潜水器模拟系统，综合了载人潜水器驾驶与操纵模拟技术、海底作业过程模拟技术、突发故障模拟技术以及深海环境视景模拟技术等系列关键技术，形成了一套本体结构、舱内环境、深海视景、作业流程、故障响应、实物、半实物与数字仿真结合的全功能多任务动态模拟系统，可以实现潜水器从起吊入水、下潜作业到甲板回收全流程驾驶与操作模拟为载人潜水器潜航员陆上模拟培训提供所需的技术装配及软件系统，作为潜航员实艇操纵之前的基本操纵培训手段，可重复进行操纵培训，模拟训练费用低，安全性高，可实施性强。附图说明图1是本专利技术实施例所述模拟系统原理框图。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例公开一种载人潜水器模拟系统，参考图1，包括载人潜水器仿真本体、数据仿真平台以及视景仿真系统，且各个系统之间通过高速以太网交换机互联，所述载人潜水器仿真本体用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括与实艇一致的整体外观尺寸、舱内环境与操作系统；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器各分系统传感器所获取的传感检测数据，为仿真本体的舱内控制系统提供一个仿真的数字环境；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底热液喷口活动区、海底山脉区海盆多金属结核分布区三类海底仿真视景环境，并可通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换。具体方案的实现如下：一、载人潜水器仿真本体：本实施例提出的载人潜水器仿真本体包括仿真外壳、载人舱、舱内控制系统，以及与分别舱内控制系统相连的作业系统、观通模拟系统、水声通信模拟系统和生命支持模拟系统。1）、仿真外壳：包括主框架、仿真轻外壳、仿真稳定翼和仿真坐底支架，载体框架是潜水器的骨架，所述主框架进行轻量化设计，采用钢制材料焊接的形式搭建主框架结构，满足仿真本体部件安装、支撑承重和运输吊放要求，所述仿真轻外壳采用高强度工程塑料制作，所述稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种载人潜水器模拟系统，其特征在于，包括通过以太网交换机互联的载人潜水器仿真本体、视景仿真系统以及数据仿真平台；所述载人潜水器仿真本体用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括仿真外壳、载人舱及舱内控制系统；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为载人潜水器仿真本体舱内控制系统提供一个仿真的数字环境。

【技术特征摘要】
1.一种载人潜水器模拟系统，其特征在于，包括通过以太网交换机互联的载人潜水器仿真本体、视景仿真系统以及数据仿真平台；所述载人潜水器仿真本体用以模拟蛟龙号载人潜水器的真实结构，包括仿真外壳、载人舱及舱内控制系统；所述视景仿真系统以蛟龙号载人潜水器下潜所拍摄的海底真实影像为基础，通过计算机建模构建海底仿真视景环境，并通过舱内控制系统的运动指令实现海底视景的移动与变换；所述数据仿真平台用以产生蛟龙号载人潜水器上传感器所获取的传感检测数据，为载人潜水器仿真本体舱内控制系统提供一个仿真的数字环境。2.根据权利要求1所述的载人潜水器模拟系统，其特征在于：所述载人潜水器仿真本体还包括分别与舱内控制系统相连的作业系统、观通模拟系统、水声通信模拟系统和生命支持模拟系统，且在载人舱前部设置有观察窗；所述作业系统包括采样篮、机械手、模拟推进器、模拟抛载机构以及液压源；所述观通模拟系统包括摄像照明设备和舱内视频监控系统；所述水声通信模拟系统包括舱内水声通信计算机、模拟水声电话、话筒及音箱；所述生命支持模拟系统包括舱内供氧系统模型、备用供氧系统模型、二氧化碳滤除罐模型、舱内环境监测面板模型、生命支持显控面板模型以及应急呼吸面罩模型。3.根据权利要求2所述的载人潜水器模拟系统，其特征在于：所述舱内控制系统包括航行控制模拟模块和综合显控模拟模块，且所述航行控制模拟模块、综合显控模拟模块通过以太网与水声通信模拟系统、视景仿真系统和数字仿真平台相连。4.根据权利要求2或3所述的载人潜水器模拟系统，其特征在于：所述视景仿真系统包括设置在观察窗前方的环形投影柱幕、高性能计算机工作站及图形加速卡、投影机组以及用以实时显示设定训练区域视景的电子海图模块；所述电子海图模块生成并显示模拟载人潜水器仿真本体所在海底区域坐标定位数据并根据定位数据产生模拟温度、盐度、深度、高度、对底...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，丁忠军，杨磊，徐伟哲，赵洋，神何龙，刘保华，
申请(专利权)人：国家深海基地管理中心，中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，中国科学院沈阳自动化研究所，大连海事大学，
类型：发明
国别省市：山东,37