【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下无人集群协同领域，具体涉及一种海洋异构无人集群平台系统及方法。
技术介绍
1、随着水下无人技术的日趋成熟，水下航行器应用趋势逐渐由单体执行任务转为多体协同执行任务，朝着集群化的方向快速发展，而集群的关键技术点在于水下航行器的集群的组网通信和协同控制。
2、针对多水下航行器系统协同控制方法，国内已经在理论研究方面，以及海上试验和工程应用方面进行了一定的研究，提升了海洋信息的采集效率。但研究结果并不充分，考虑的问题较为单一，主要面临如下问题：①单一问题考虑：现有技术通常只关注特定方面的问题，如海洋信息采集效率，而忽略了多水下航行器系统之间的协同控制和跨域通信的整体性问题。这导致了难以实现集群水下航行器之间的协同作业和通信。②路由与信号衰减：水下环境中，信号衰减速度较快，这增加了跨域通信的困难。现有技术未能有效解决水下信号衰减和通信路由问题，因此，水下航行器之间的通信受到了限制。③异构集群研究不足：现有技术中对异构集群的研究较为有限。不同类型和规格的水下航行器在协同控制和跨域通信方面可能存在不同的需求和挑战。因此，需要更多的研究来解决异构集群之间的通信问题。
3、综上所述，本专利技术旨在综合考虑多水下航行器系统之间的协同控制和跨域通信，解决现有技术中存在的问题，以提高异构集群的通信能力和海洋信息采集效率。这将为水下航行器系统的协同作业和海洋研究提供更广阔的前景和应用潜力。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：
2、为了避免现有技术的不
3、本专利技术的技术方案是：一种海洋异构无人集群平台系统，包括构成海洋中立体式集群的水面无人静态模块、水面无人动态模块、水下无人动态模块，及用于控制立体式集群的岸基/指控中心；
4、所述水面无人静态模块由多个浮标构成，通过无线通信传输给岸基/指控中心，实现对水面既定区域的常态化监测；并作为水面静态中继节点，与水下无人动态模块通信，负责收集和转发来自水下无人动态模块的信息，并转发给岸基/指控中心，实现水面水下跨域动态-静态的信息交互；
5、所述水面无人动态模块包括多个水面无人船，通过自身机动性对水面动态/静态目标自主进行识别和跟踪；同时作为水面动态节点，与水下无人动态模块协同作业时，通过无线通讯，获取集群经纬度信息，实现水面水下跨域动态-动态的信息交互；
6、所述水下无人动态模块包括多个水下航行器，通过自身机动性能够自主完成水下任务；同时与水面无人船实时通讯，解析并转发自身经纬度信息，并根据环境变化调整任务，实现一次水下作业信息获取量的最大化。
7、本专利技术的进一步技术方案是：所述水面无人静态模块包括三个不同的浮标，以三角形阵型布放于水面；其通过不同的筒体结构，测试对比不同的水流速。
8、本专利技术的进一步技术方案是：所述浮标包括用于处理声学信息的声学调制解调器、提供浮力的筒体和实现功能的防水箱箱体；所述防水箱箱体通过固定件安装于筒体顶部，其内设置有天线、铅酸蓄电池、gps模块、电源开关、工控机、433mhz电台、24v变压器、19v变压器及以上器件的导线、及电台与天线的连线；所述声学调制解调器悬挂于浮标底部；所述筒体下方装有用于平衡的配重块。
9、本专利技术的进一步技术方案是：所述声学调制解调器用于提供水下数据通信，使用正交频分复用ofdm的调制方式和mfsk的调制方式，在不同环境和应用中进行自动切换，是一个既做发送换能器又做接收水听器的声学调制解调器。
10、本专利技术的进一步技术方案是：所述水面无人动态模块包括2艘功能相同的水面无人船，其上搭载有声学调制解调器、声学调制解调器电源、gps模块、900mhz电台、工控机；通过声学调制解调器获取水下无人动态模块的实时位置信息，通过工控机进行位置信息解算，再将解算后的信息发送至岸基/指控中心，确保可以在岸基实时监控到水下集群的作业情况。
11、本专利技术的进一步技术方案是：所述水下无人动态模块包括三条无人水下航行器，其上均搭载有前视声呐、声学调制解调器、usbl、侧扫声呐、902mhz电台、工控机、传感器单元；通过声通发送自身当前的经纬度到岸基/指控中心，岸基/指控中心通过分析任务的完成度，修正下一时刻编队的队形和状态；同时水下无人动态模块通过前视声呐、侧扫声呐采集海洋环境信息，并进行解算，再回传到岸基/指控中心，完成探测的作业，提高了信息数据的分析效率和准确率。
12、本专利技术的进一步技术方案是：三个所述无人水下航行器组网形成一字型阵列或三角形阵列。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述岸基/指控中心包括工控机、显控界面和操作人员，对回传的数据进行解析整合和进一步分析，并将水面模块、水下模块采集的数据回传给显控界面，显控界面为下一步下达任务指令提供一个可视化交互式统一管控的平台，并将任务指令及时下达，提高了系统的冗余性，实现对水面水下信息的采集和转发、对水面水下环境长时间的观测及探测。
14、一种海洋异构无人集群平台系统的控制方法，具体步骤如下：
15、布放水面无人静态模块、水面无人动态模块、水下无人动态模块；
16、水面无人静态模块以三角形阵型布放于待观测海域，完成既定海域的覆盖监控；
17、由岸基/指控中心下达任务指令；
18、水面无人动态模块、水下无人动态模块接收来自岸基/指控中心的任务指令，指令通过水面无人动态或静态节点转发，完成指令的跨域转发；
19、水面无人动态模块跟随水下无人动态模块前进，保持编队队形，并通过声学调制解调器获取水下无人动态模块的实时位置信息，通过工控机进行位置信息解算，再将解算后的信息发送至岸基/指控中心，确保可以在岸基实时监控到水下集群的作业情况。
20、本专利技术的进一步技术方案是：若某一时刻水下无人动态模块中某一平台位置发生偏移，岸基/指控中心及时下达恢复到原位置的校准指令，确保任务准确完成。
21、有益效果
22、本专利技术的有益效果在于：本系统构建了海洋异构无人集群平台系统，有效解决了无人集群跨域通信难的问题，该系统通过水面无人船作为中间节点，实现了水面和水下的跨域动态-动态信息交互。水面无人船能够接收、解析水下动态模块传输的信息，同时将自身信息通过电台发送给岸基/指控中心。这种跨域交互增强了集群的整体协同性和信息共享能力。利用不同无人平台的特长而优势互补，极大地增强无人平台系统的能力，可实现异构集群的跨域协同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：包括构成海洋中立体式集群的水面无人静态模块、水面无人动态模块、水下无人动态模块，及用于控制立体式集群的岸基/指控中心；
2.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述水面无人静态模块包括三个不同的浮标，以三角形阵型布放于水面；其通过不同的筒体结构，测试对比不同的水流速。
3.根据权利要求2所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述浮标包括用于处理声学信息的声学调制解调器、提供浮力的筒体和实现功能的防水箱箱体；所述防水箱箱体通过固定件安装于筒体顶部，其内设置有天线、铅酸蓄电池、GPS模块、电源开关、工控机、433MHz电台、24V变压器、19V变压器及以上器件的导线、及电台与天线的连线；所述声学调制解调器悬挂于浮标底部；所述筒体下方装有用于平衡的配重块。
4.根据权利要求3所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述声学调制解调器用于提供水下数据通信，使用正交频分复用OFDM的调制方式和MFSK的调制方式，在不同环境和应用中进行自动切换，是一个既做发送换能器又做接收
5.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述水面无人动态模块包括2艘功能相同的水面无人船，其上搭载有声学调制解调器、声学调制解调器电源、GPS模块、900MHz电台、工控机；通过声学调制解调器获取水下无人动态模块的实时位置信息，通过工控机进行位置信息解算，再将解算后的信息发送至岸基/指控中心，确保可以在岸基实时监控到水下集群的作业情况。
6.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述水下无人动态模块包括三条无人水下航行器，其上均搭载有前视声呐、声学调制解调器、USBL、侧扫声呐、902MHz电台、工控机、传感器单元；通过声通发送自身当前的经纬度到岸基/指控中心，岸基/指控中心通过分析任务的完成度，修正下一时刻编队的队形和状态；同时水下无人动态模块通过前视声呐、侧扫声呐采集海洋环境信息，并进行解算，再回传到岸基/指控中心，完成探测的作业，提高了信息数据的分析效率和准确率。
7.根据权利要求6所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：三个所述无人水下航行器组网形成一字型阵列或三角形阵列。
8.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述岸基/指控中心包括工控机、显控界面和操作人员，对回传的数据进行解析整合和进一步分析，并将水面模块、水下模块采集的数据回传给显控界面，显控界面为下一步下达任务指令提供一个可视化交互式统一管控的平台，并将任务指令及时下达，提高了系统的冗余性，实现对水面水下信息的采集和转发、对水面水下环境长时间的观测及探测。
9.一种权利要求1-8任一项所述海洋异构无人集群平台系统的控制方法，其特征在于具体步骤如下：
10.根据权利要求9所述一种海洋异构无人集群平台系统的控制方法，其特征在于：若某一时刻水下无人动态模块中某一平台位置发生偏移，岸基/指控中心及时下达恢复到原位置的校准指令，确保任务准确完成。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：包括构成海洋中立体式集群的水面无人静态模块、水面无人动态模块、水下无人动态模块，及用于控制立体式集群的岸基/指控中心；
2.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述水面无人静态模块包括三个不同的浮标，以三角形阵型布放于水面；其通过不同的筒体结构，测试对比不同的水流速。
3.根据权利要求2所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述浮标包括用于处理声学信息的声学调制解调器、提供浮力的筒体和实现功能的防水箱箱体；所述防水箱箱体通过固定件安装于筒体顶部，其内设置有天线、铅酸蓄电池、gps模块、电源开关、工控机、433mhz电台、24v变压器、19v变压器及以上器件的导线、及电台与天线的连线；所述声学调制解调器悬挂于浮标底部；所述筒体下方装有用于平衡的配重块。
4.根据权利要求3所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述声学调制解调器用于提供水下数据通信，使用正交频分复用ofdm的调制方式和mfsk的调制方式，在不同环境和应用中进行自动切换，是一个既做发送换能器又做接收水听器的声学调制解调器。
5.根据权利要求1所述一种海洋异构无人集群平台系统，其特征在于：所述水面无人动态模块包括2艘功能相同的水面无人船，其上搭载有声学调制解调器、声学调制解调器电源、gps模块、900mhz电台、工控机；通过声学调制解调器获取水下无人动态模块的实时位置信息，通过工控机进行位置信息解算，再将解算后的信息发送至岸基/指控中心，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立川，任染臻，刘禄，于洋，黄桥高，潘光，彭星光，陈毅，柏书昌，陈子阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
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