一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统技术方案

本发明专利技术具体公开了一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，包括半潜式海洋动力定位通信中继装置、遥控器和上位机；半潜式海洋动力定位通信中继装置包括半潜式浮筒机构，半潜式浮筒机构的尾部设有螺旋桨推进器，半潜式浮筒机构上设有防水支柱，防水支柱的顶部设有设备安装平台；设备安装平台上设有无线天线、遥控器天线、GPS天线、摄像头、惯导和布放回收支架，所述布放回收支架上设有布放回收吊点；所述半潜式浮筒机构内部设有供电电源、单片机和控制计算机。该通信中继系统可以根据无人艇的工作区域，在开始无人艇任务前，派遣通信中继装置自主到达指定的工作位置，并在工作位置展开无线局域网，扩大通信区域。

A Semi-submersible Marine Dynamic Positioning Communication Relay System for Unmanned Vehicles

The invention discloses a semi-submersible marine dynamic positioning communication relay system for unmanned submarine, including a semi-submersible marine dynamic positioning communication relay device, a remote controller and a host computer; a semi-submersible marine dynamic positioning communication relay device includes a semi-submersible buoy mechanism, a propeller propeller at the tail of the semi-submersible buoy mechanism, and a waterproof prop on the semi-submersible buoy mechanism. The top of the water pillar is equipped with an equipment installation platform; the equipment installation platform is equipped with a wireless antenna, a remote control antenna, a GPS antenna, a camera, an inertial navigation and a placement recovery bracket, and the placement recovery bracket is equipped with a placement recovery hanging point; the semi-submersible buoy mechanism is internally equipped with a power supply, a single chip computer and a control computer. According to the working area of the UAV, the communication relay system can dispatch the communication relay device to reach the designated working position independently before starting the UAV mission, and expand the communication area by deploying the wireless local area network at the working position.

【技术实现步骤摘要】
一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统
本专利技术涉及无人艇通信及自动化控制
，尤其涉及一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统。
技术介绍
进入21世纪以来，无人艇技术在世界各国均展开了深入研究，并得到了快速的发展。我国无人艇多以民用和测绘为主，并且由于无线天线的通信距离和成本呈指数增长，多以安装短距离无线天线的无人艇为主。在使用无人艇进行作业任务时，一方面存在因为通信距离的限制，被迫移动母船或者放弃远距离任务的问题；另一方面存在因为复杂的海域布局易造成通信信号被遮挡，使得无人艇的工作区域存在盲区的问题。所以，如何有效的解决无人艇通信距离和信号遮挡的问题是目前提高无人艇工作效率，改善无人艇工作安全性的关键。
技术实现思路
针对目前无人艇通信方式多为无线局域网通信，且通信距离有限，易被障碍物遮挡信号的问题，本专利技术的目的旨在提供了一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统。为实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，包括半潜式海洋动力定位通信中继装置、与半潜式海洋动力定位通信中继装置配套使用的遥控器和用于控制半潜式海洋动力定位通信中继装置的上位机；所述半潜式海洋动力定位通信中继装置包括半潜式浮筒机构，所述半潜式浮筒机构的尾部设有螺旋桨推进器，半潜式浮筒机构上固定连接有竖直设置的防水支柱，防水支柱的顶部固定连接有设备安装平台；所述设备安装平台上设有无线天线、遥控器天线、GPS天线、摄像头、惯导和布放回收支架，所述布放回收支架上设有布放回收吊点；所述半潜式浮筒机构内部设有供电电源、单片机和控制计算机，所述控制计算机与无线天线、GPS天线、摄像头、惯导、单片机连接，所述单片机与螺旋桨推进器、遥控器天线、控制计算机连接；所述遥控器与半潜式海洋动力定位通信中继装置的遥控器天线通讯连接；所述上位机与半潜式海洋动力定位通信中继装置的无线天线通讯连接。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述半潜式浮筒机构包括两个平行设置的浮筒，两个浮筒之间设有浮筒连接件，每一个浮筒的尾部均设有螺旋桨推进器。更加优选地，所述浮筒连接件设有两个，一个设在浮筒的前端，另一个设在浮筒的后端；所述浮筒连接件能够增加无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继装置的结构强度，同时也便于内部走线。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述防水支柱、浮筒连接件均为中空结构，中空结构便于装置上各设备之间通过防水支柱和浮筒连接件进行走线；所述惯导上设有惯导防水套。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述设备安装平台上设有防水密封接口，设备安装平台上的各设备的电源线和信号线均通过防水密封接口进入防水支柱内部，并与供电电源、单片机或控制计算机连接。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述供电电源上设有电池电量检测模块，所述电池电量检测模块安装在供电电源输出电压侧，用于检测供电电源的当前剩余电量，并与控制计算机连接。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述半潜式海洋动力定位通信中继装置设有多个，多个半潜式海洋动力定位通信中继装置彼此之间通讯连接；而且，多个半潜式海洋动力定位通信中继装置中的任何一个半潜式海洋动力定位通信中继装置与上位机通讯连接成功，其他多个与之相连接的半潜式海洋动力定位通信中继装置均可与上位机通讯连接。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述布放回收吊点用于布放和回收半潜式海洋动力定位通信中继装置时吊机的钩取。所述无线天线采用双极化全向天线并支持中继功能，可以构造一个基于802.11n技术的无线网络，并附带有IP过滤功能。所述的遥控器天线支持短距离遥控器控制，便于半潜式海洋动力定位通信中继装置在布放、回收时用遥控器进行精确人工控制。所述摄像头用于辅助人工操控并时刻监控半潜式海洋动力定位通信中继装置周围的环境状况。所述单片机为STM32单片机，用于接收控制计算机或遥控器的控制命令，并对螺旋桨推进器进行控制。所述控制计算机用于对半潜式海洋动力定位通信中继装置中的各设备进行数据获取和控制，并运行自主控制程序。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述控制计算机上运行的自主控制程序包含有制导算法和艏向控制算法，其中，制导算法采用常用的超前置位直线制导算法计算期望航向角；艏向控制算法采用工程应用中常用的稳定性较高、实用性强的模糊PD艏向控制算法，并根据期望航向角计算需要输出的舵角值。(模糊PD艏向控制算法的控制精度有限，但作为辅助无人艇工作的通信中继装置，其并不需要非常准确的控制精度，在距离目标地点50m的区域内均可以认为装置在合理的工作位置)。所述控制计算机还具有动力定位功能，动力定位功能的目的在于控制半潜式海洋动力定位通信中继装置停留在工作点位置，防止半潜式海洋动力定位通信中继装置因为海洋中的风浪流的影响而偏离的工作点。在拥有制导算法和艏向控制算法的前提下，动力定位功能会时刻检测无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继装置当前位置与工作点位置的距离，在半潜式海洋动力定位通信中继装置偏离工作点较远时，引导半潜式海洋动力定位通信中继装置以工作点为目的地开始自主航行，当距离工作点在设定距离内时，停止自主航行，继续检测半潜式海洋动力定位通信中继装置当前位置与工作点之间的距离(即：动力定位中设定了一个危险阈值和一个安全阈值，半潜式海洋动力定位通信中继装置处于动力定位状态时，控制计算机以固定间隔获取GPS天线和惯导的数据，并计算实际位置与工作点位置之间的距离，当距离超出设定的危险阈值，则半潜式海洋动力定位通信中继装置会以当前位置和工作点连线为航线，以工作点为目的地开始自主航行，当距离达到设定的安全阈值时，半潜式海洋动力定位通信中继装置停止自主航行，继续动力定位，等待下次半潜式海洋动力定位通信中继装置远离工作点超出设定的危险阈值时继续工作)。根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述的超前置位直线制导算法原理图如图1所示，以正北方向为y轴，正东方向为x轴建立一个局部坐标系，所有航线角度和航向角度均为与正北的夹角，顺时针为正。图中Δt为侧偏距，装置到航线上的垂直投影点的距离定义为侧偏距，侧偏距在航线右侧记为正；d(t)为超前置位距离，为固定值；(xt,yt)为装置位置；(xd,yd)为虚拟追踪目标位置；为装置当前航向；为装置期望航向；e为艏向误差；α为航线方向，可由航线的起始目标点和终止目标点确定。所述的超前置位直线制导算法首先在航线上，以装置到航线上的垂直投影点向前移动设定的超前置位距离，虚拟出一个追踪目标，然后引导装置沿着装置到追踪目标的视线方向航行。期望航向角可由下式确定：根据上述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，优选地，所述的模糊PD艏向控制算法原理图如图2所示，其中输入为艏向误差e和艏向误差变化量Δe，输出为舵角值。其中艏向误差e为超前置位直线制导算法给出的期望航向和装置当前航向的差值。艏向误差e和艏向误差变化量Δe的隶属度如下：μi(e),i＝1,2,3,4,5μj(Δe),j＝1,2,3,4,5并对两个隶属度均采用如下形式的隶属度函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，包括半潜式海洋动力定位通信中继装置、与半潜式海洋动力定位通信中继装置配套使用的遥控器和用于控制半潜式海洋动力定位通信中继装置的上位机；所述半潜式海洋动力定位通信中继装置包括半潜式浮筒机构，所述半潜式浮筒机构的尾部设有螺旋桨推进器，半潜式浮筒机构上固定连接有竖直设置的防水支柱，防水支柱的顶部固定连接有设备安装平台；所述设备安装平台上设有无线天线、遥控器天线、GPS天线、摄像头、惯导和布放回收支架，所述布放回收支架上设有布放回收吊点；所述半潜式浮筒机构内部设有供电电源、单片机和控制计算机，所述控制计算机与无线天线、GPS天线、摄像头、惯导、单片机连接，所述单片机与螺旋桨推进器、遥控器天线、控制计算机连接；所述遥控器与半潜式海洋动力定位通信中继装置的遥控器天线通讯连接；所述上位机与半潜式海洋动力定位通信中继装置的无线天线通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，包括半潜式海洋动力定位通信中继装置、与半潜式海洋动力定位通信中继装置配套使用的遥控器和用于控制半潜式海洋动力定位通信中继装置的上位机；所述半潜式海洋动力定位通信中继装置包括半潜式浮筒机构，所述半潜式浮筒机构的尾部设有螺旋桨推进器，半潜式浮筒机构上固定连接有竖直设置的防水支柱，防水支柱的顶部固定连接有设备安装平台；所述设备安装平台上设有无线天线、遥控器天线、GPS天线、摄像头、惯导和布放回收支架，所述布放回收支架上设有布放回收吊点；所述半潜式浮筒机构内部设有供电电源、单片机和控制计算机，所述控制计算机与无线天线、GPS天线、摄像头、惯导、单片机连接，所述单片机与螺旋桨推进器、遥控器天线、控制计算机连接；所述遥控器与半潜式海洋动力定位通信中继装置的遥控器天线通讯连接；所述上位机与半潜式海洋动力定位通信中继装置的无线天线通讯连接。2.根据权利要求1所述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，所述半潜式浮筒机构包括两个平行设置的浮筒，两个浮筒之间设有浮筒连接件。3.根据权利要求2所述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，所述防水支柱、浮筒连接件均为中空结构，所述惯导上设有惯导防水套。4.根据权利要求1所述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，所述遥控器上设有摄像头开关、模式控制开关、紧急停止按钮、控制权限切换按钮、显示屏、摄像头方向控制摇杆、左右转向摇杆和速度控制摇杆。5.根据权利要求4所述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，所述模式控制开关设有上、中、下三个档位。6.根据权利要求1所述的无人艇用半潜式海洋动力定位通信中继系统，其特征在于，所述上位机包括装置选择菜单、海图管理菜单、装置操纵菜单、摄像头管理菜单、控制权限切换按钮、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少荣，任杰烽，柯俊，瞿栋，彭艳，蒲华燕，李小毛，罗均，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31