一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法，该系统包括：一个或多个基站，用于作为位置基准，并在基站上设置超声波发射器；多个作为阵列队长的微型水下机器人运载水听器，简称队长，并在队长上设置超声波发射器和超声波接收器；多个作为阵列队员的微型水下机器人运载水听器，简称队员，并在队员上设置超声波接收器；利用微型水下机器人运载水听器，通过设置特定频率间隔，发射或接收不同的超声波频率信号以实现自主编队，形成阵列。本发明专利技术能实现微型水下机器人运载水听器自主编队，有助于提高规模化管理效率和实现功能多样化，解决传统固定式水听器阵列自由度低的缺点。

Autonomous formation system and control method of hydrophone for micro underwater vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法
本专利技术涉及水下精确定位并自主编队
，尤其涉及一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法。
技术介绍
近年来，水听器的研究获得了越来越多的关注。所谓水听器，指的是将声信号转换成电信号的换能器，用来接收水中的声信号，在工业、医疗和军事等领域得到越来越广泛的应用，例如在水下的探测、通信以及海岸线监控和海洋资源的开发等。分散的水听器发挥的作用局限性大，且难以规模化管理，故在多数场合需要采用水听器阵列以实现更多的功能。然而，现有的水听器阵列多为固定结构，例如拖曳式阵列需要将所有水听器固定在缆线上，不能自主游动编队形成阵列，自由度和自主性低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统，该系统包括：一个或多个基站，用于作为位置基准，并在基站上设置超声波发射器；多个作为阵列队长的微型水下机器人运载水听器，简称队长，并在队长上设置超声波发射器和超声波接收器；队长接收基站和相邻队长发射的超声波信号，实现定位和距离跟随；多个作为阵列队员的微型水下机器人运载水听器，简称队员，并在队员上设置超声波接收器；队员接收相邻队长发射的超声波信号，实现对队长的距离跟随，队长和队员组成自主编队阵列。进一步地，本专利技术的作为队长的微型水下机器人运载水听器，通过设置特定频率间隔，发射或接收不同的超声波频率信号；作为队员的微型水下机器人运载水听器，接收相应的超声波频率信号，实现自主定位并编队。进一步地，本专利技术的队长和队员的微型水下机器人运载水听器均为矩形结构，队长的超声波接收器并排位于其行进方向一侧，队长的超声波发射器分别位于其除行进方向外的三侧；队员的超声波接收器位于其相邻的两侧上。进一步地，本专利技术的基站和微型水下机器人运载水听器内部均设置有控制系统。进一步地，本专利技术的基站的控制系统包括：超声波发射器、A/D转换器和微处理器，超声波发射器通过A/D转换器与微处理器连接；队长的控制系统包括：微处理器、A/D转换器、距离感应模块、两个超声波接收器和三个超声波发射器，距离感应模块、超声波发射器和超声波接收器均通过A/D转换器与微处理器连接；队员的控制系统包括：微处理器、A/D转换器和两侧共四个超声波接收器，超声波接收器均通过A/D转换器与微处理器连接。进一步地，本专利技术的队长与基站之间通过距离感应模块，设置特定的距离；队长与队长之间通过距离感应模块，设置特定的距离。进一步地，本专利技术的基站的超声波发射器，通过微处理器，设置特定频率的发射信号；队长的超声波发射器，通过微处理器，设置特定频率的发射信号；队长和队员的超声波接收器，通过微处理器，设置接收特定频率信号。本专利技术提供一种型水下机器人运载水听器自主编队控制方法，该方法包括以下步骤：步骤1-1、对于队长，判断其两个超声波接收器是否都收到特定频率范围内信号：步骤1-1-1、若两个超声波接收器同时接收到特定频率超声波信号，则按当前方向行进或后退，直到与声源相隔特定距离；步骤1-1-2、若两个超声波接收器没有同时接收到特定频率超声波信号，则朝着先接收的一端转向游动，直到符合1-1-1的情况；步骤1-2、对于队长，若两个超声波接收器中只有其中一个接收到特定频率超声波信号，则朝着接收信号那端转向游动，直到两个接收器都接收到特定频率超声波信号为止，然后按步骤1-1操作；步骤1-3、对于队长，若两个超声波接收器均未接收到信号，则微型水下机器人运载水听器自身单向旋转，直到出现步骤1-1或者步骤1-2的情况，然后按步骤1-1或者步骤1-2操作；步骤2-1、对于队员，若两侧的两个超声波接收器共四个超声波接收器都收到特定频率范围内信号：步骤2-1-1、若四个超声波接收器收到特定频率信号的时间都相等，则就位成功；步骤2-1-2、若其中第一侧的两个超声波接收器同时接收到超声波信号，第二侧的两个超声波接收器没有同时收到超声波信号，则沿着第二侧先接收的一端并垂直于第一侧两个超声波连线方向游动，直到符合2-1-1的情况；步骤2-1-3、若四个超声波接收器收到特定频率信号的时间都不相等，则将第一侧的两个超声波接收器按同1-1步骤操作，直到符合2-1-2的情况；步骤2-2、对于队员，若两侧共四个超声波接收器中只有其中三个接收到特定频率超声波信号，则朝着两个超声波接收器都接收到信号的那一侧转向，直到四个接收器都接收到超声波信号为止，然后按步骤2-1操作；步骤2-3、对于队员，若有两个或两个以上超声波接收器没有接收到特定频率信号，则微型水下机器人运载水听器自身单向旋转，直到符合2-1或2-2的情况，然后按步骤2-1或步骤2-2操作。进一步地，本专利技术的每个队长的超声波发射器都能设置发射特定频率信号，每个队长的超声波接收器都能设置接收特定频率信号，各个队长能设置不同频率。进一步地，本专利技术的每个队员的超声波接收器都能设置接收特定频率信号，各个队员能设置不同频率。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法，实现了多个水听器自主编队的功能，利用微型水下机器人运载水听器，采用两个超声波接收器接收声波时间差对比，进行定位和转向，操作简单，且精度较高，实现了自主对准。同时通过设置特定的超声波频率间隔，在水下自主调整游动方向形成阵列，既可以方便进行规模化管理，又不降低各个水听器之间的自由度，还能通过阵列实现更多功能。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的微型水下机器人运载水听器全体编队阵列示意图。图2是本专利技术实施例的队长编队原理图。图3是本专利技术实施例的队长单列编队示意图。图4是本专利技术实施例的队长双列交叉编队示意图。图5是本专利技术实施例的队员编队原理图。图6是本专利技术实施例的本专利技术控制系统结构框图。图7是本专利技术实施例的自主对准的控制流程图。图中：1-基站一，101-基站超声波发射器，102-基站发射特定频率超声波，2-基站二，3-队长微型水下机器人运载水听器一，301-队长超声波接收器一，302-队长发射特定频率超声波一，4-队长微型水下机器人运载水听器二，401-队长超声波接收器二，402-队长发射特定频率超声波二，5-队长微型水下机器人运载水听器三，501-队长超声波接收器三，502-队长发射特定频率超声波三，6-队长微型水下机器人运载水听器四，601-队长超声波接收器四，602-队长发射特定频率超声波四，7-队员微型水下机器人运载水听器四，701-队员超声波接收器一，702-队员超声波接收器二，8-队员微型水下机器人运载水听器四，801-队员超声波接收器三，802-队员超声波接收器四。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统及控制方法，用于提高水听器阵列的自由度以及规模化管理效率。本专利技术实施例的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其基本装置包括基站，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，该系统包括：一个或多个基站，用于作为位置基准，并在基站上设置超声波发射器；多个作为阵列队长的微型水下机器人运载水听器，简称队长，并在队长上设置超声波发射器和超声波接收器；队长接收基站和相邻队长发射的超声波信号，实现定位和距离跟随；多个作为阵列队员的微型水下机器人运载水听器，简称队员，并在队员上设置超声波接收器；队员接收相邻队长发射的超声波信号，实现对队长的距离跟随，队长和队员组成自主编队阵列。

【技术特征摘要】
1.一种微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，该系统包括：一个或多个基站，用于作为位置基准，并在基站上设置超声波发射器；多个作为阵列队长的微型水下机器人运载水听器，简称队长，并在队长上设置超声波发射器和超声波接收器；队长接收基站和相邻队长发射的超声波信号，实现定位和距离跟随；多个作为阵列队员的微型水下机器人运载水听器，简称队员，并在队员上设置超声波接收器；队员接收相邻队长发射的超声波信号，实现对队长的距离跟随，队长和队员组成自主编队阵列。2.根据权利要求1所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，作为队长的微型水下机器人运载水听器，通过设置特定频率间隔，发射或接收不同的超声波频率信号；作为队员的微型水下机器人运载水听器，接收相应的超声波频率信号，实现自主定位并编队。3.根据权利要求1所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，队长和队员的微型水下机器人运载水听器均为矩形结构，队长的超声波接收器并排位于其行进方向一侧，队长的超声波发射器分别位于其除行进方向外的三侧；队员的超声波接收器位于其相邻的两侧上。4.根据权利要求1所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，基站和微型水下机器人运载水听器内部均设置有控制系统。5.根据权利要求4所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，基站的控制系统包括：超声波发射器、A/D转换器和微处理器，超声波发射器通过A/D转换器与微处理器连接；队长的控制系统包括：微处理器、A/D转换器、距离感应模块、两个超声波接收器和三个超声波发射器，距离感应模块、超声波发射器和超声波接收器均通过A/D转换器与微处理器连接；队员的控制系统包括：微处理器、A/D转换器和两侧共四个超声波接收器，超声波接收器均通过A/D转换器与微处理器连接。6.根据权利要求5所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，队长与基站之间通过距离感应模块，设置特定的距离；队长与队长之间通过距离感应模块，设置特定的距离。7.根据权利要求5所述的微型水下机器人运载水听器自主编队系统，其特征在于，基站的超声波发射器，通过微处理器，设置特定频率的发射信号；队长的超声波发射器，通过微处理器，设置特定频率的发射信号；队长和队员的超声波接收器，通过微处理器，设置接收特定频率信号。8.一种型水下机器人运载水听器自...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙成亮，占惠花，孙启盟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42