一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统、方法、设备及存储介质技术方案

一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统、方法、设备及存储介质，属于测控技术、通信工程技术领域，是针对有线电缆网及无线传输技术存在的问题所提出，包括通信系统、通信系统的工作时序和通信系统的安装模式等技术内容，实现了潜航器数据采集系统的通信无线化，采用超宽带通信技术以及自研无线传输协议等技术方案，实现了无线数据传输的高可靠性、极低时延及时延抖动，解决了目前潜航器数据采集系统采用有线通信网络带来的种种问题以及主流无线通信协议无法可靠应用于潜航器舱内特定环境组网通信的问题，有效的保障了潜航器各测控设备之间的数据通信。各测控设备之间的数据通信。各测控设备之间的数据通信。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统、方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于测控技术、通信工程
，特别是涉及一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统、方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]无人潜航器可以在艇内无人控制的情况下，潜入深海复杂环境中自主进行地质或水文环境探测、目标搜寻等任务。近年来，无人潜航器技术迅速发展，在执行各类海洋探测任务中起到了越来越重要的作用。
[0003]潜航器的数据采集系统是潜航器测控系统的重要组成部分，负责实时收集并存储各种探测设备或传感器的反馈信号，该系统的特点是：
[0004]1.一个主控设备对应多个分布在不同舱段内的采集节点；
[0005]2.单次传输数据量较小；
[0006]3.对通信网络的传输稳定性、传输时延及时延抖动有着很高的要求。
[0007]一般来说，数据采集系统的主机与各设备模块，例如声呐模块、惯性测量装置、地磁测量仪等等，是通过敷设在舱体内部的电缆网进行互联的，以总线形式或点对点的拓扑结构进行组网通信传输数据，通信协议多为RS
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485、以太网、CAN等等。
[0008]现有技术的缺点是：
[0009]上述有线形式的电缆网及通信协议在长期的实践应用中，逐渐显现出无法通过优化设计来解决的种种问题，难以完全满足潜航器内数据采集系统日益复杂的应用需求，主要包括以下几点：
[0010]1.一些测控设备因工作环境不同，主要包括压力、温度、工作介质及振动环境或电磁环境等等，需要分别安装在不同的密封舱段内互相物理隔绝，如果这些设备互相之间的通信采用有线电缆连接，则需要在密封舱间设置电缆通孔，不仅增加密封设计的难度，同时在水下高压、振动等复杂工况下，存在结构损坏或气体、液体跨舱渗漏等风险；
[0011]2.复杂的电缆网及大量的多芯连接器较为沉重，不利于潜航器的减重和配重设计，尤其对于小型无人潜航器，电缆网及连接器的重量占比更大，更加不利于进一步的减重或质心配置；
[0012]3.有线的电缆网增加了潜航器的装配复杂度和难度，而且在潜航器产品的升级迭代过程中，如果需要增减设备功能或调整设备位置，均需要重新设计电缆网，由此带来庞大的设计工作量。
[0013]如果将潜航器舱内各设备的通信网络进行无线化，则可以很好的解决上述问题。
[0014]但是，市面上主流的无线通信协议方案，例如无线局域网(WLAN)、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee协议等等，在实际使用中，均无法满足潜航器数据采集系统的低延迟、高实时性的通信需求，主要原因如下：
[0015]1.潜航器舱内的电磁环境与日常地面室内外的电磁环境有着很大的区别。潜航器
为密闭金属腔体结构，因腔体效应会对舱内的不同频率的射频电磁波产生明显的抑制或增强的作用，上述无线局域网、蓝牙等常用窄频带无线通信协议，通信时很容易被干扰或抑制导致失效；
[0016]2.无线局域网、蓝牙等传输协议存在较大的传输延迟(多为30ms以上)，同时因协议复杂，传输延迟具有很大的不确定性，无法满足潜航器数据采集系统的高实时性、低延迟及时延抖动的通信需求。
[0017]综上所述，水下潜航器的数据采集通信系统所采用的有线通信的方式存在种种无法解决的问题，采取无线通信网络可解决这些问题，但市面上主流的无线通信协议方案无法满足潜航器数据采集系统的通信需求。

技术实现思路

[0018]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统、方法、设备及存储介质，可以解决有线电缆网及无线传输技术存在的问题。
[0019]本专利技术采用的技术方案在于：
[0020]一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统，包括通信系统，所述通信系统包括独立测控设备与无线通信模块，所述独立测控设备包括数据采集控制模块、声呐模块、惯性测量模块、地磁测量模块和可见光/红外光记录仪模块，声呐模块、惯性测量模块、地磁测量模块和可见光/红外光记录仪模块通过无线通信模块与数据采集控制模块建立数据通信；
[0021]所述数据采集控制模块用于收集并存储声呐模块、惯性测量模块、地磁测量模块和可见光/红外光记录仪模块报送的实时传感器及设备状态数据，并负责整个数据采集系统的通信调度；
[0022]所述声呐模块用于潜航器的水声探测功能，可将探测到的水声数据传送至数据采集控制模块；
[0023]所述惯性测量模块用于通过惯性敏感元件测量潜航器的瞬时速度及加速度，可将速度及加速度数据传送至数据采集控制模块；
[0024]所述地磁测量模块用于获取地磁强度信息与地磁图库数据进行匹配实现水下定位的功能；
[0025]所述可见光/红外光记录仪模块用于进行水下可见光/红外光拍摄并记录在模块内置闪存中，将视频拍摄的精确时间及视频图像的帧序号传送给数据采集控制模块，返航后用于进行图像与其他传感数据时间同步。
[0026]进一步地，所述无线通信模块包括第一无线通信模块、第二无线通信模块、第三无线通信模块、第四无线通信模块和第五无线通信模块；
[0027]数据采集控制模块与第一无线通信模块连接、声呐模块与第二无线通信模块连接、惯性测量模块与第三无线通信模块连接、地磁测量模块与第四无线通信模块连接，可见光/红外光记录仪模块与第五无线通信模块连接；
[0028]所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、第三无线通信模块、第四无线通信模块和第五无线通信模块，用于组建拓扑形式为广播模式的无线网络，判断是否将报文通过
RS485端口发送给数据采集控制模块或声呐模块或惯性测量模块或地磁测量模块或可见光/红外光记录仪模块。
[0029]进一步地，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块、第三无线通信模块、第四无线通信模块和第五无线通信模块之间的无线通信采用超宽带通信技术，用于在舱内的电磁环境下，处理信号的抗干扰性、实时性和可靠性。
[0030]进一步地，所述超宽带通信技术，通信频段为6.0～6.5GHz，波特率为6.8Mbps。
[0031]一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集方法，采用命令——应答式的通信方式，数据采集控制模块为主控设备、声呐模块、惯性测量模块、地磁测量模块和可见光/红外光记录仪模块为从设备，在一个固定为20ms的数据采集周期内，各设备通信时序包括以下步骤：
[0032]步骤S1，数据采集控制模块向声呐模块发送指令，声呐模块收到指令帧后，打包当前水声探测数据，形成数据帧传送给数据采集控制模块；
[0033]步骤S2，数据采集控制模块向惯性测量模块发送指令，惯性测量模块处理后返回瞬时惯性测量的数据帧给数据采集控制模块；
[0034]步骤S3，数据采集控制模块向地磁测量模块发送指令，地磁测量模块处理后，返回地磁定位信息数据帧给数据采集控制模块；
[0035]步骤S4，数据采集控制模块向可见光/红外光记录仪模块发送指令，可见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统，其特征在于，包括通信系统，所述通信系统包括独立测控设备与无线通信模块，所述独立测控设备包括数据采集控制模块(1)、声呐模块(2)、惯性测量模块(3)、地磁测量模块(4)和可见光/红外光记录仪模块(5)，声呐模块(2)、惯性测量模块(3)、地磁测量模块(4)和可见光/红外光记录仪模块(5)通过无线通信模块与数据采集控制模块(1)建立数据通信；所述数据采集控制模块(1)用于收集并存储声呐模块(2)、惯性测量模块(3)、地磁测量模块(4)和可见光/红外光记录仪模块(5)报送的实时传感器及设备状态数据，并负责整个数据采集系统的通信调度；所述声呐模块(2)用于潜航器的水声探测功能，可将探测到的水声数据传送至数据采集控制模块(1)；所述惯性测量模块(3)用于通过惯性敏感元件测量潜航器的瞬时速度及加速度，可将速度及加速度数据传送至数据采集控制模块(1)；所述地磁测量模块(4)用于获取地磁强度信息与地磁图库数据进行匹配实现水下定位的功能；所述可见光/红外光记录仪模块(5)用于进行水下可见光/红外光拍摄并记录在模块内置闪存中，将视频拍摄的精确时间及视频图像的帧序号传送给数据采集控制模块(1)，返航后用于进行图像与其他传感数据时间同步。2.根据权利要求1所述的一种应用于无人潜航器舱内的无线数据采集系统，其特征在于，所述无线通信模块包括第一无线通信模块(6)、第二无线通信模块(7)、第三无线通信模块(8)、第四无线通信模块(9)和第五无线通信模块(10)；数据采集控制模块(1)与第一无线通信模块(6)连接、声呐模块(2)与第二无线通信模块(7)连接、惯性测量模块(3)与第三无线通信模块(8)连接、地磁测量模块(4)与第四无线通信模块(9)连接，可见光/红外光记录仪模块(5)与第五无线通信模块(10)连接；所述第一无线通信模块(6)、第二无线通信模块(7)、第三无线通信模块(8)、第四无线通信模块(9)和第五无线通信模块(10)，用于组建拓扑形式为广播模式的无线网络，判断是否将报文通过RS485端口发送给数据采集控制模块(1)或声呐模块(2)或惯性测量模块(3)或地磁测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，
申请(专利权)人：航天科工哈尔滨风华有限公司，
类型：发明
国别省市：