一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统技术方案

本发明专利技术涉及海洋仪器控制系统技术领域，具体说是一种轻型长航程AUV的控制系统。本发明专利技术涉及控制系统子主要由基础航控板卡和高性能任务规划板卡构成，兼备两种工作模式：低功耗工作模式和高性能工作模式。低功耗工作模式下，高性能任务规划板卡处于关闭状态，控制系统仅基础航控板卡工作，可完成系统基本作业任务。高性能工作模式下，高性能任务规划板卡和基础航控板卡均处于工作状态，此时高性能任务规划板卡与基础航控板卡通过通信接口进行通信协作，可完成系统智能化、大算力需求的作业任务。本发明专利技术控制系统以双工作模式为基础，兼顾系统功耗特性、运算能力特性，同时具备结构简单、成本低廉、模块化等特点。模块化等特点。模块化等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统


[0001]本专利技术涉及海洋仪器控制系统
，具体涉及一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统。

技术介绍

[0002]轻型长航程AUV是一种新型的海洋参数观测、海洋资源探查平台，主要用于大尺度、长时间的海洋工程作业任务。在轻型长航程AUV系统自身构成方面，其通常具备纵倾调节、航向调节、深度调节等运动控制能力、自主导航能力、避碰能力以及通信定位能力。在系统功耗需求方面，其要最大程度降低系统运行功耗。在轻型长航程AUV通信方面，考虑到全球性应用、调试效率以及通信环境，其要满足通信距离、通信带宽适用性。在轻型长航程AUV自主导航能力方面，面向不同作业任务，其导航能力需求不同，要兼顾自主导航系统的导航精度需求和功耗需求。在任务载荷方面，其通常搭载温盐深传感器、海流计、侧扫声纳等不同接口形式、不同通信带宽的传感器，控制系统需要对其数据进行采集、存储、处理及分发。在轻型长航程AUV执行任务方面，其通常具备海洋科学调查、港口安全以及水雷探查等功能，其任务类型不同，系统算力需求、自主导航精度需求亦不同。综上所述，轻型长航程AUV需要一种低功耗的适用于不用作业场景的兼备航行控制能力、任务规划能力、多模式通信能力以及多模式自主导航能力的控制系统。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0005]一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统，包括：
[0006]基础航控板卡，用于在低功耗工作模式下，接收用户通信主机的指令，并基于所述指令对AUV进行基础任务规划、运动控制；以及在高性能工作模式下，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令，基于控制指令对AUV进行运动控制；
[0007]高性能任务规划板卡，用于在高性能工作模式下，通过基础航控板卡或自身板卡WIFI通信单元接收用户通信主机的指令，对AUV进行扩展任务规划并生成控制指令，通过串口发送给基础航控板卡。
[0008]所述基础航控板卡包括：
[0009]基础任务规划单元，用于根据用户通信主机的指令，开启或者关闭高性能任务规划板卡，当关闭高性能任务规划板卡时，对AUV进行基础任务规划并生成控制指令，当开启高性能任务规划板卡时，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令；
[0010]运动控制单元，用于根据控制指令对AUV进行运动控制；
[0011]通信单元，用于分别与用户通信主机和高性能任务规划板卡进行通信。
[0012]所述基础航控板卡具有SLAVE模式和MASTER模式，根据用户通信主机的指令进行
模式间的切换；
[0013]所述SLAVE模式下，关闭其基础任务规划功能，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令；所述MASTER模式下进行自主任务规划，生成控制指令，并关闭高性能任务规划板卡。
[0014]所述通信单元通过无线电、卫星信道和声学信道中的至少一种分别与用户通信主机或高性能任务规划板卡进行通信。
[0015]所述高性能任务规划板卡包括：
[0016]自主规划单元，用于对AUV进行扩展任务规划并生成控制指令，通过串口发送给基础航控板卡；
[0017]通信单元，用于与用户通信主机进行WIFI通信。
[0018]所述轻型长航程AUV控制系统具有两套导航系统，包括基础航控板卡中的低功耗导航单元和高性能任务规划板卡中的高精度导航单元，所述低功耗导航单元在系统处于低功耗工作模式下开启并进行工作，所述高精度导航单元在系统处于高性能工作模式开启并进行工作。
[0019]所述低功耗导航单元包括电子罗盘、对地速度多普勒测速仪和声学定位信标。
[0020]所述高精度导航单元指包括光纤陀螺捷联惯导、对地速度多普勒测速仪和声学定位信标。
[0021]所述高精度导航单元包括：光纤陀螺捷联惯导、对地速度多普勒测速仪和声学定位信标。
[0022]一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制方法，包括低功耗工作模式以及高性能工作模式，其中：
[0023]所述低功耗工作模式下，基础航控板卡独立进行工作，接收用户通信主机的指令，并基于所述指令对AUV进行基础任务规划以及运动控制；
[0024]所述高性能工作模式下，基础航控板卡和高性能任务规划板卡同时工作，基础航控板卡关闭其基础任务规划功能，高性能任务规划板卡对AUV进行任务规划生成控制指令，通过串口发送给航行基础航控板卡，基础航控板卡基于控制指令对AUV进行运动控制。
[0025]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0026]本专利技术控制系统兼容两种工作模式，根据作业任务不同，在功耗约束前提下，用户可以选择合适的控制系统工作模式，在保证系统算力的基础上，最大程度可满足系统低功耗特性。另外，基础航控板卡于高性能任务规划板卡关系相对独立又存在依赖，在高性能作业模式下，高性能任务规划板卡对基础航控板卡中的通信定位、运动控制、自主避碰的部分功能进行复用，对轻型长航程AUV控制系统降低硬件成本、优化能耗具有较大益处，利于实现AUV长航程作业特性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的结构示意图；
[0028]图2为两种工作模式下控制系统子系统工作状态示意图(a为高性能作业模式，b为低功耗作业模式)；
[0029]图3为基于软件路由原理的面向双模式控制系统的通信系统原理图；
[0030]图4为面向双模式控制系统导航单元构成示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0032]以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术所采用的所有部件均可以参照现有技术实现，例如购买这些硬件设备，并通过查看设备说明书可以实现运行方法，在此不予赘述。本专利技术并不涉及对方法的改进，改进的是设备之间的电路连接关系。
[0033]轻型长航程AUV的控制系统，包括：
[0034]兼容两种工作模式的控制系统，低功耗工作模式和高性能工作模式，可实现不同任务算力需求下的AUV独立作业。
[0035]所述低功耗工作模式下仅基础航控板卡统进行工作。可实现基础任务规划、运动控制、基础导航、自主避碰、数据存储、健康管理、载荷管理、远程低带宽通信以及定位。
[0036]所述低功耗工作模式下AUV控制系统特点包括：
[0037]基础航控板卡开启，高性能任务规划板卡关闭，系统运行功耗低。低功耗工作模式可支持AUV实现导航精度要求不高的、算力要求不高的大范围海洋观测作业任务。
[0038]所述高性能工作模式下，基础航控板卡与高性能任务规划板卡同时工作，任务规划子系统进行自主任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统，其特征在于，包括：基础航控板卡，用于在低功耗工作模式下，接收用户通信主机的指令，并基于所述指令对AUV进行基础任务规划、运动控制；以及在高性能工作模式下，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令，基于控制指令对AUV进行运动控制；高性能任务规划板卡，用于在高性能工作模式下，通过基础航控板卡或自身板卡WIFI通信单元接收用户通信主机的指令，对AUV进行扩展任务规划并生成控制指令，通过串口发送给基础航控板卡。2.根据权利要求1所述的一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统，其特征在于，所述基础航控板卡包括：基础任务规划单元，用于根据用户通信主机的指令，开启或者关闭高性能任务规划板卡，当关闭高性能任务规划板卡时，对AUV进行基础任务规划并生成控制指令，当开启高性能任务规划板卡时，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令；运动控制单元，用于根据控制指令对AUV进行运动控制；通信单元，用于分别与用户通信主机和高性能任务规划板卡进行通信。3.根据权利要求2所述的一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统，其特征在于，所述基础航控板卡具有SLAVE模式和MASTER模式，根据用户通信主机的指令进行模式间的切换；所述SLAVE模式下，关闭其基础任务规划功能，接收高性能任务规划板卡发送的控制指令；所述MASTER模式下进行自主任务规划，生成控制指令，并关闭高性能任务规划板卡。4.根据权利要求2所述的一种支持双工作模式的轻型长航程AUV控制系统，其特征在于，所述通信单元通过无线电、卫星信道和声学信道中的至少一种分别与用户通信主机或高性能任务规划板卡进行通信。5.根据权利要求1所述的一种支持双工作模式的轻型长航程A...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔佳楠，黄琰，俞建成，崔健，王冰，王富海，王振宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：