CN105137811A - 一种无人船半物理数学仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人船半物理数学仿真平台，包括无人船本体、岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机。所述无人船本体包括船壳，船壳上设置有自动驾驶计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测单元；所述自动驾驶计算机连接有岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；所述自动驾驶计算机与载体仿真计算机之间通过硬件接口相连；载体仿真计算机和环境仿真计算机之间通过高速通信网络连接在一起，环境仿真计算机连接有显示设备。本发明用安全、灵活、廉价的系统仿真试验获得产品功能、性能和可靠性的大量信息，并优化和完善设计，通过仿真排除设计中的错误，确保海上试验的成功。

Description

一种无人船半物理数学仿真平台
技术领域
本发明属于无人船设计领域，具体地说，涉及一种无人船仿真设计半物理平台。
背景技术
无人船结构复杂、所携带各种设备非常昂贵，而无人船工作环境恶劣，对于新研制的无人船若直接在海洋中实验风险非常高。为了验证无人船控制系统的正确性，可以通过仿真的方式，这样可以降低很多风险和成本。
本专利开发一种设计合理、可靠性和实时性高、并且能够实现无人船快速设计和验证的无人船仿真设计半物理平台。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种设计合理、可靠性和实时性高、并且能够实现无人船快速设计和验证的无人船仿真设计半物理平台。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种无人船半物理数学仿真平台，其特征在于：包括无人船本体、岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；所述无人船本体包括船壳，船壳上设置有自动驾驶计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测单元；所述自动驾驶计算机连接有岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；所述自动驾驶计算机与载体仿真计算机之间通过硬件接口相连；载体仿真计算机和环境仿真计算机之间通过高速通信网络连接在一起，环境仿真计算机连接有显示设备。
作为一种优化的技术方案，所述岸基操作平台包括监控计算机，监控计算机连接有通信接口、水面操作台和水面导航设备单元；所述通信接口连接岸上的通信接口，岸上的通信接口连接自动驾驶计算机。
作为一种优化的技术方案，所述载体仿真计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板，自动驾驶计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板；所述载体仿真计算机的D/A转换板连接自动驾驶计算机的A/D转换板，载体仿真计算机的A/D转换板连接自动驾驶计算机的D/A转换板，载体仿真计算机的DO输出板连接自动驾驶计算机的DI输入板，载体仿真计算机的DI输入板连接自动驾驶计算机的DO输出板。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：
1)、本发明通过仿真的方法来模拟无人船和其运行的海洋环境，可以模拟在不同海洋环境下的试验研究，可以模拟对无人船的各种控制，而这种控制是没有风险的。
2)、本发明的无人船自动驾驶计算机与实际无人船的自动驾驶计算机的软硬件配置是一样的，在仿真平台上实验成功的系统可以直接用到实际的无人船中。
3)、本发明中海洋环境模拟计算机可以通过人机界面设置多种环境参数如海流、浪涌或各种障碍物，通过这种灵活的设置方式可以模拟各种可能遇到的海洋环境。
4)、本发明的结构可以扩展，如无人船可能用到的声学设备，环境观测设备等，可以通过计算机进行数字化仿真，通过网络传送给自动驾驶计算机，并通过环境模拟计算机进行显示。
本发明通过该仿真平台，在产品设计和产品研制过程中，用安全、灵活、廉价的系统仿真试验获得产品功能、性能和可靠性的大量信息，并优化和完善设计，通过仿真排除设计中的错误，确保海上试验的成功。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例中无人船本体和岸基操作平台的结构示意图；
图2是本发明一种实施例中无人船半物理数学仿真平台的结构原理框图。
具体实施方式
实施例：
如图1、2所示，一种无人船半物理数学仿真平台，包括无人船本体、岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机。所述无人船本体包括船壳，船壳上设置有自动驾驶计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测单元；所述自动驾驶计算机连接有岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；所述自动驾驶计算机与载体仿真计算机之间通过硬件接口相连；载体仿真计算机和环境仿真计算机之间通过高速通信网络连接在一起，环境仿真计算机连接有显示设备。
作为一种优化的技术方案，所述岸基操作平台包括监控计算机，监控计算机连接有通信接口、水面操作台和水面导航设备单元；所述通信接口连接岸上的通信接口，岸上的通信接口连接自动驾驶计算机。
作为一种优化的技术方案，所述载体仿真计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板，自动驾驶计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板；所述载体仿真计算机的D/A转换板连接自动驾驶计算机的A/D转换板，载体仿真计算机的A/D转换板连接自动驾驶计算机的D/A转换板，载体仿真计算机的DO输出板连接自动驾驶计算机的DI输入板，载体仿真计算机的DI输入板连接自动驾驶计算机的DO输出板。
载体仿真计算机的软件通过计算无人船的动力学以及流体动力学模型，计算出无人船运行过程中的位置和姿态。无人船上的各种传感器及设备通过仿真技术实现，如虚拟多普勒计程仪，虚拟光纤陀螺罗盘，虚拟漏水传感器，虚拟温盐仪传感器等。所述环境仿真计算机连接的显示设备为3D显示设备。
本发明通过仿真的方法来模拟无人船本体和其运行的海洋环境，可以模拟在不同海洋环境下的试验研究，可以对无人船进行各种控制算法实验，而这种控制是没有风险的。
本发明的无人船自动驾驶计算机与实际无人船的自动驾驶计算机的软硬件配置是一样的，在仿真平台上实验成功的系统可以直接用到实际的无人船中。
本发明中海洋环境模拟计算机可以通过人机界面设置多种环境参数如海流、浪涌或各种障碍物，通过这种灵活的设置方式可以模拟各种可能遇到的海洋环境。
本发明的结构可以扩展，如无人船可能用到的声学设备，环境观测设备等，可以通过计算机进行数字化仿真，通过网络传送给自动驾驶计算机，并通过环境模拟计算机进行显示。
本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无人船半物理数学仿真平台，其特征在于：包括无人船本体、岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；
所述无人船本体包括船壳，船壳上设置有自动驾驶计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测单元；所述自动驾驶计算机连接有岸基操作平台、载体仿真计算机和环境仿真计算机；所述自动驾驶计算机与载体仿真计算机之间通过硬件接口相连；载体仿真计算机和环境仿真计算机之间通过高速通信网络连接在一起，环境仿真计算机连接有显示设备。
2.根据权利要求1所述的无人船半物理数学仿真平台，其特征在于：所述岸基操作平台包括监控计算机，监控计算机连接有通信接口、水面操作台和水面导航设备单元；所述通信接口连接岸上的通信接口，岸上的通信接口连接自动驾驶计算机。
3.根据权利要求2所述的无人船半物理数学仿真平台，其特征在于：所述载体仿真计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板，自动驾驶计算机上装有D/A转换板、A/D转换板、DO输出板、DI输入板和串口板；所述载体仿真计算机的D/A转换板连接自动驾驶计算机的A/D转换板，载体仿真计算机的A/D转换板连接自动驾驶计算机的D/A转换板，载体仿真计算机的DO输出板连接自动驾驶计算机的DI输入板，载体仿真计算机的DI输入板连接自动驾驶计算机的DO输出板，载体仿真计算机的串口板连接自动驾驶计算机的串口板。
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