CN104570032A - 一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置，用于监控室内对无人遥控艇及指示浮体进行自动定位，包括监控室端、无人遥控艇端和指示浮体端；在监控室端，操控台通过第一无线电台A以及第一电台天线A’与无人遥控艇端进行通信；在无人遥控艇端，信息处理单元通过第二无线电台a以及第二电台天线a’与监控室端通信、通过第三无线电台B以及第三电台天线B’与指示浮体端进行通信、并通过第一GPS模块获取无人遥控艇自身的位置数据；指示浮体端通过第二GPS模获取指示浮体的位置数据，然后通过第四无线电台b将指示浮体的位置数据发送至无人遥控艇端；指示浮体端装在一个水密壳体里面，并使用电池供电。该系统无需人工干预、定位精度高。

Description

一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置

技术领域

本发明涉及一种应用于无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置，属于无人遥控扫雷装备及自动测量系统技术领域。

背景技术

随着计算机和无线通信技术的迅速发展，信息、通信、控制技术已经深入到社会的各个层面，无人遥控技术在生活、生产、科研等诸多领域发挥了巨大的作用；从空间上看，太空中有空间站、航天飞机、各种用途的卫星，天空上有应用广泛无人机，陆地上有遥控消防车、搜救机器人等，在海洋上尤其适用于水面无人艇系统，可完成对大范围水面目标探测，以及拖曳水下装备对海面以下环境及目标进行探测。

无人遥控艇拖曳水下装备进行作业时，处于水面以下的被拖曳装备，除具备水声定位功能的装备外，均需要在水面设置一个水面指示浮体，用于指示被拖曳装备的位置。无人遥控艇及水面指示浮体的位置信息是系统工作的重要指标，通常无人遥控艇可以安装GPS设备，实现对无人遥控艇位置信息的获取，但水面指示浮体位置信息的获取一直是技术难点。

在有人员工作的舰艇上，采用六分仪和激光测距仪，同时测量水面指示浮体与船中线夹角及其斜线距离，通过人工计算得到水面指示浮体的相对坐标，再叠加舰艇自身的坐标，得到水面指示浮体的坐标。由于存在人为误差和测量误差，其测量精度低、实时性差，在晚间及气象条件恶劣时效率低下，甚至无法使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置，实现对无人遥控艇及水面指示浮体进行实时、连续定位，该系统无需人工干预、定位精度高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该自动定位装置，用于监控室内对无人遥控艇及指示浮体进行自动定位，包括监控室端、无人遥控艇端和指示浮体端。

监控室端包括操控台、第一无线电台A以及第一电台天线A’，其中操控台与第一无线电台A相连，操控台将操控指令通过第一无线电台A发送至无人遥控艇端；第一无线电台A为双向收发电台，第一无线电台A通过第一电台天线A’接收无人遥控艇端和指示浮体端发来的位置坐标，并将该位置坐标传送给操控台。

无人遥控艇端包括第二无线电台a以及第二电台天线a’、第一GPS模块、信息处理单元、第三无线电台B以及第三电台天线B’；其中信息处理单元由网络模块和CPU模块组成，网络模块分别连接第二无线电台a和第三无线电台B，CPU模块连接第一GPS模块。

第二无线电台a与监控室端的第一无线电台A配套使用，第二无线电台a为双向收发，用于在第二电台天线a’接收到监控室端发来的操控指令时，将无人遥控艇和指示浮体的位置坐标发送给操控台；第二电台天线a’安装在无人遥控艇的桅杆处；第一GPS模块，用于获取无人遥控艇自身的位置数据，并传送给CPU模块；网络模块通过第三无线电台B和指示浮体端进行通信，接收指示浮体位置数据，同时网络模块通过第二无线电台a与监控室端进行通信，接收监控室端发来的操控指令，传给CPU模块；CPU模块接收到无人遥控艇位置数据和指示浮体位置数据后，将位置数据整合为一个数据包，通过网络模块连接的第二无线电台a发送回监控室。

指示浮体端包括水密壳体、第二GPS模块、GPS天线、第四无线电台b、第四电台天线b’以及电池；第二GPS模块和第四无线电台b置于水密壳体中，第二GPS模块同时通过串口连接第四无线电台b，第二GPS模块和第四无线电台b由电池供电；水密壳体上提供GPS天线以及第四电台天线b’的接口，第二GPS模块通过内部馈线连接至GPS天线的接口，第四无线电台b通过水密壳体提供的接口连接至第四电台天线b’的接口；第二GPS模块通过GPS天线获取指示浮体的位置数据；第四无线电台b为单向电台，用于将第二GPS模块获取的指示浮体的位置数据发送至无人遥控艇端，由第三无线电台B接收。

水密壳体上具有一个开口，开口上盖一个水密盖，水密盖将开口进行密封，当电池电量不足时，将水密盖打开，进行充电或者电池的更换。

进一步地，第一电台天线A’高度架设为10m。

进一步地，第四无线电台b的功耗小于1W，同时第二GPS模块和第四无线电台b之间传递指示浮体位置数据的频率为1Hz。

有益效果：

本发明应用GPS设备，获取指示浮体的地理坐标，结合低功耗电台，构成合理、有效的技术手段，将指示浮体坐标值实时地、远程传送回监控室，采用RTK差分GPS测量系统，实现对无人遥控艇及水面指示浮体进行实时、连续定位，该系统无需人工干预、定位精度高，符合未来装备发展趋势。RTK差分GPS测量系统利用了当前应用最为广泛的GPS导航系统的技术优势，在试验区域内建立一个固定基准站和两个流动站。流动站安装在船只和浮标平台上，接收基准站播发的差分信息，进行RTK差分定位解算，并将RTK定位数据回传给基准站，从而基准站获得船只和浮标的高精度点位坐标，为试验提供稳定、可靠的技术保障。

附图说明

图1为监控室构成示意图；

图2为无人遥控艇端构成示意图；

图3为指示浮体端构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位系统由3个部分组成，分别是监控室、无人遥控艇和指示浮体。监控室内安装操控及显示设备，供操作人员遥控操纵无人遥控艇航行和作业，同时监控无人遥控艇和指示浮体的位置。

(一)监控室

监控室示意图如图1所示，其中1为操控台，为通用计算机系统，提供显示器，供监控室内操作人员控制无人遥控艇航行及作业行为；2为无线电台A，与无人遥控艇上的无线电台配套使用，用于传输监控室内操作人员的操作指令，并将无人遥控艇和指示浮体的位置坐标传送给操控台，电台为双向收发；3为电台天线A，用于发射和接收电磁波信号。为实现遥控距离尽可能远，应在允许条件下将天线A架设的尽可能高，通常使用时，天线A高度可架设为10m。

(二)无人遥控艇

无人遥控艇端构成示意图如图2所示，其中4为无线电台a，与监控室端电台A配套使用，用于接收监控室内操作人员的操作指令，并将无人遥控艇和指示浮体的位置坐标发送给操控台，电台为双向收发；5为电台天线a，用于发射和接收电磁波信号，安装在无人遥控艇桅杆处；6为无线电台B，该电台接收指示浮体电台发送的位置信号，该电台仅需具备单向数据接收功能；7为电台天线B，用于接收电磁波信号，安装在无人遥控艇桅杆处；8为GPS1模块，用于获取无人遥控艇自身的位置信息，并传送给信息处理单元；信息处理单元是无人遥控艇的信息处理核心，由网络模块9和CPU模块10构成，其中网络模块连接无线电台a与无线电台B，作为电台的通信接口模块；CPU模块接收到无人遥控艇位置和指示浮体位置后，将该位置数据整合为一个数据包，通过无线电台a发送回监控室，供操作人员观看。

(三)指示浮体

指示浮体端构成图如图3所示，11为GPS2模块，用于获取指示浮体的位置信息；12为GPS天线，13为内部馈线，用于连接GPS天线与GPS2模块；14为无线电台b，通过串口连接GPS2模块，将接收到的定位数据发送给无人遥控艇信息处理单元，该电台为单向电台，仅具备发射功能即可；15为电台天线b，用于发射电磁波信号，固定在水密壳体上；16为内部馈线，连接天线15与无线电台b；17为电池，用于为GPS2模块和无线电台供电；18为水密壳体，其内部安装电路模块，外部提供各种天线的安装接口；19为电池检查和充电接口，配置水密盖子，作业过程处于密封状态，检查和充电时打开盖子使用，该设计方便工作人员使用，可以避免打开水密壳体更换电池。

由于指示浮体端的电子设备采用的是电池供电，因此GPS2模块和无线电台b均需要进行低功耗设计，无线电台b选择功耗1W以内的电台产品，同时将位置信号发送频率降到满足系统指标要求的最低频率，本方案定为1Hz，GPS2模块每1秒钟向无线电台b输出一次定位数据，无线电台b每1秒钟发射一次数据。这样可以极大限度地降低系统功耗，降低电池充电和更换的频率，减少工作人员系统维护的工作强度。

作业流程

无人遥控艇及水面指示浮体自动定位系统的使用步骤如下：

①无人遥控艇状态检查完毕，启航进行试验；

②在监控室观测无人遥控艇的各项状态指标；

③遥控指挥无人遥控艇航行到达布放作业地点；

④遥控布放水下拖曳装备及其指示浮体；

⑤启动无人遥控艇拖曳航行至作业地点；

⑥启动系统定位功能，监控无人遥控艇和指示浮体的位置；

⑦按照作业计划，实时地调整无人遥控艇航速、航向，改变指示浮体的位置以满足系统作业要求；

⑧完成作业后，关闭系统定位功能，回收水下拖曳装备和指示浮体；

⑨工作人员对作业效果进行评估，维修人员检查浮体电池电量，电量过低时为电池充电。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置，用于监控室内对无人遥控艇及指示浮体进行自动定位，其特征在于，包括监控室端、无人遥控艇端和指示浮体端；

所述监控室端包括操控台、第一无线电台A以及第一电台天线A’，其中操控台与第一无线电台A相连，所述操控台将操控指令通过第一无线电台A发送至无人遥控艇端；所述第一无线电台A为双向收发电台，第一无线电台A通过第一电台天线A’接收无人遥控艇端和指示浮体端发来的位置坐标，并将该位置坐标传送给操控台；

所述无人遥控艇端包括第二无线电台a以及第二电台天线a’、第一GPS模块、信息处理单元、第三无线电台B以及第三电台天线B’；其中信息处理单元由网络模块和CPU模块组成，网络模块分别连接第二无线电台a和第三无线电台B，CPU模块连接第一GPS模块；

所述第二无线电台a与监控室端的第一无线电台A配套使用，第二无线电台a为双向收发，用于在第二电台天线a’接收到监控室端发来的操控指令时，将无人遥控艇和指示浮体的位置坐标发送给操控台；所述第二电台天线a’安装在无人遥控艇的桅杆处；第一GPS模块，用于获取无人遥控艇自身的位置数据，并传送给CPU模块；所述网络模块通过第三无线电台B和指示浮体端进行通信，接收指示浮体位置数据，同时网络模块通过第二无线电台a与监控室端进行通信，接收监控室端发来的操控指令，传给CPU模块；CPU模块接收到无人遥控艇位置数据和指示浮体位置数据后，将位置数据整合为一个数据包，通过网络模块连接的第二无线电台a发送回监控室；

所述指示浮体端包括水密壳体、第二GPS模块、GPS天线、第四无线电台b、第四电台天线b’以及电池；第二GPS模块和第四无线电台b置于水密壳体中，第二GPS模块同时通过串口连接第四无线电台b，第二GPS模块和第四无线电台b由电池供电；所述水密壳体上提供GPS天线以及第四电台天线b’的接口，所述第二GPS模块通过内部馈线连接至GPS天线的接口，第四无线电台b通过所述水密壳体提供的接口连接至第四电台天线b’的接口；第二GPS模块通过GPS天线获取指示浮体的位置数据；第四无线电台b为单向电台，用于将第二GPS模块获取的指示浮体的位置数据发送至无人遥控艇端，由第三无线电台B接收；

所述水密壳体上具有一个开口，开口上盖一个水密盖，水密盖将开口进行密封，当电池电量不足时，将水密盖打开，进行充电或者电池的更换。

2.如权利要求1所述的一种无人遥控艇及水面指示浮体自动定位装置，其特征在于，第一电台天线A’高度架设为10m。

3.如权利要求1所述，其特征在于，所述第四无线电台b的功耗小于1W，同时第二GPS模块和第四无线电台b之间传递指示浮体位置数据的频率为1Hz。