一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，属于水下航行器技术领域，包括航行控制单元和任务传感器；其特征在于，还包括计算处理单元；其中，所述计算处理单元包括：与航行控制单元进行数据交互的航行控制节点；与任务传感器进行数据交互的任务传感器控制节点；与航行控制节点、任务传感器控制节点进行数据交互的深度控制器节点、航向控制器节点和航点控制器节点。本发明专利技术在原有控制系统架构基础上扩展计算处理单元，实现自适应环境数据采样、自适应图像采集等更复杂的应用，从而提高水下航行器的水下自主观测能力。而提高水下航行器的水下自主观测能力。而提高水下航行器的水下自主观测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统


[0001]本专利技术属于水下航行器
，特别是涉及一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统。

技术介绍

[0002]众所周知，水下航行器控制系统具备航行控制单元、计算处理单元和任务传感器等功能，能够在一定时间和空间内独立自主完成观测任务。然而，在完成一次剖面观测后，水下航行器需要将卫星通讯天线露出水面，与指挥中心通过卫星通讯实现上一次剖面的数据上传和下一步的工作部署，并且完成定位校准。水下航行器自主观测的实现，离不开指挥中心的参与。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，在原有控制系统架构基础上扩展计算处理单元，实现自适应环境数据采样、自适应图像采集等更复杂的应用，从而提高水下航行器的水下自主观测能力。
[0004]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0005]一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，包括航行控制单元、任务传感器和计算处理单元；其中，所述计算处理单元包括：
[0006]与航行控制单元进行数据交互的航行控制节点；
[0007]与任务传感器进行数据交互的任务传感器控制节点；
[0008]与航行控制节点、任务传感器控制节点进行数据交互的深度控制器节点、航向控制器节点和航点控制器节点。
[0009]进一步：所述深度控制器节点用于控制水下航行器的最大潜水深度；深度控制器节点以订阅方式首先获取航行控制单元中的当前经度和纬度，然后由深度控制器节点对位置信息进行处理，计算当前点到预定义路径点的距离；当水下航行器到达一个航点时，深度控制器节点向航行控制单元发布一个新的最大潜水深度，以改变水下航行器的下潜深度；否则，水下航行器将保持原有的最大下潜深度不变。
[0010]进一步：所述航向控制器节点用于控制水下航行器的目标航向；航向控制器节点以订阅方式获取航行控制单元中的当前经度、纬度和航向；经过数据处理，航行控制节点判断水下航行器当前位置是否在期待位置区间内；当水下航行器进入区间内时，目标航向角度增加，朝向区间的边界；否则，目标航向就会朝向区间，实现水下航行器自适应控制航向以便在关心的位置区域内航行。
[0011]进一步：所述深度控制器节点结合荧光数据测量值来改变航行深度，对于以荧光数据为观测目标的水下航行器，使用荧光计控制器节点来处理来自荧光计的测量数据；处理后的荧光数据将被发布到深度控制器节点，以计算目标航行深度；目标航行深度被发布到航行控制器节点，以实现自适应深度控制。
[0012]进一步：所述航行控制节点用于接收其他节点发布的航行控制信息，并通过串口或以太网接口发送给航行控制单元以便改变水下航行器的航行状态。
[0013]进一步：所述航行控制节点将航行控制单元发送的航行状态数据进行格式转换，以便其他订阅相关信息的节点能够实时获取。
[0014]进一步：所述航行控制单元负责水下航行器的位姿控制、浮力控制、导航控制和应急保护。
[0015]进一步：所述计算处理单元通过串行通信接口和/或以太网通信接口获取水下航行器的当前位姿和任务传感器测量值，计算航行目标参数，从而重新规划水下航行器的航行任务，计算控制单元将航行目标参数发布到航行控制单元用于航行控制。
[0016]进一步：所述任务传感器包括：CTD传感器、荧光计、海流计、湍流计、视觉传感器、声学传感器中的一种或多种。
[0017]进一步：所述航行控制节点、深度控制器节点、航向控制器节点、航点控制器节点以及任务传感器控制节点之间通过订阅
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发布机制进行数据交换。
[0018]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0019]本专利技术通过架构中的深度控制器节点、位置控制器节点能够在线实时规划航行任务，提高水下航行器的自主控制能力，减少水面卫星通信阶段的等待时间。
[0020]本专利技术将航行控制单元和计算处理单元作为两个相对独立的单元，既保证了航行控制的实时性和可靠性要求，又将航行任务的在线规划和决策成为了可能。
[0021]本专利技术将任务传感器的采集和数据处理交给计算处理单元完成，而不再由航行控制单元负责，在一定程度上解放了后者，减少了航行控制和数据采集的耦合。
附图说明：
[0022]图1是水下航行器控制系统架构的硬件构成示意图；
[0023]图2是深度控制器节点控制最大下潜深度的示意图；
[0024]图3是航向控制器节点控制航向的示意图；
[0025]图4是航点控制器节点控制航点的示意图；
[0026]图5是深度控制器节点结合荧光数据测量值控制航行深度示意图；
[0027]图6是航向控制器节点结合荧光数据测量值控制航向示意图；
[0028]图7是航点控制器节点结合荧光数据测量值控制航点示意图；
[0029]图8是深度控制器节点的工作流程示意图；
[0030]图9是航向控制器节点的工作流程示意图。
具体实施方式
[0031]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0032]请参阅图1，一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，包括航行控制单元、任务传感器和计算处理单元；其中，所述计算处理单元包括：
[0033]与航行控制单元进行数据交互的航行控制节点；
[0034]与任务传感器进行数据交互的任务传感器控制节点；
[0035]与航行控制节点、任务传感器控制节点进行数据交互的深度控制器节点、航向控制器节点和航点控制器节点。
[0036]请参阅图2，本专利技术中使用深度控制器节点来控制水下航行器的最大潜水深度。深度控制器节点以订阅方式获取水下航行器航行控制单元中的当前经度和纬度。然后，由深度控制器节点对位置信息进行处理，计算当前点到预定义路径点的距离。当到达一个航点时，深度控制器节点向航行控制单元发布一个新的最大潜水深度，以改变水下航行器的下潜深度；否则，水下航行器将保持原有的最大下潜深度不变。
[0037]请参阅图3，本专利技术中使用航向控制器来控制水下航行器的目标航向。航向控制器节点以订阅方式获取水下航行器航行控制单元中的当前经度、纬度和航向。经过数据处理，航行控制节点判断水下航行器当前位置是否在期待位置区间内。当水下航行器进入区间内时，目标航向角度就会增加，朝向区间的边界。否则，目标航向就会朝向区间。通过这种实施方式可以实现水下航行器自适应控制航向以便在关心的位置区域内航行。
[0038]请参阅图4，本专利技术中使用航点控制器节点来控制水下航行器的目标位置。航点控制器节点以订阅方式获取水下航行器航行控制单元中的当前经度、纬度和航向。经过数据处理，确定由当前位置朝向目标航点的目标航向，并朝其航行，直至到达目标点的指定距离范围内。
[0039]请参阅图5，在本专利技术中使用深度控制器节点结合荧光数据测量值来改变航行深度。对于以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于订阅发布机制的水下航行器控制系统；包括航行控制单元和任务传感器；其特征在于，还包括计算处理单元；其中，所述计算处理单元包括：与航行控制单元进行数据交互的航行控制节点；与任务传感器进行数据交互的任务传感器控制节点；与航行控制节点、任务传感器控制节点进行数据交互的深度控制器节点、航向控制器节点和航点控制器节点。2.根据权利要求1所述的基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，其特征在于：所述深度控制器节点用于控制水下航行器的最大潜水深度；深度控制器节点以订阅方式首先获取航行控制单元中的当前经度和纬度，然后由深度控制器节点对位置信息进行处理，计算当前点到预定义路径点的距离；当水下航行器到达一个航点时，深度控制器节点向航行控制单元发布一个新的最大潜水深度，以改变水下航行器的下潜深度；否则，水下航行器将保持原有的最大下潜深度不变。3.根据权利要求1所述的基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，其特征在于：所述航向控制器节点用于控制水下航行器的目标航向；航向控制器节点以订阅方式获取航行控制单元中的当前经度、纬度和航向；经过数据处理，航行控制节点判断水下航行器当前位置是否在期待位置区间内；当水下航行器进入区间内时，目标航向角度增加，朝向区间的边界；否则，目标航向就会朝向区间，实现水下航行器自适应控制航向以便在关心的位置区域内航行。4.根据权利要求1所述的基于订阅发布机制的水下航行器控制系统，其特征在于：所述深度控制器节点结合荧光数据测量值来改变航行深度，对于以荧光数据为观测目标的水下航行器，使用荧光计控制器节点来处理来自荧光计的测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰世泉，崔陈铭，李阁阁，张士鹤，赵旭，
申请(专利权)人：天津慧洋智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：