CN105652720A - Uuv运行/静默状态自动切换系统 - Google Patents

Abstract

UUV运行/静默状态自动切换系统，涉及一种UUV。为了解决目前UUV执行长期定点观测、隐蔽侦察等任务时的续航能力、噪声水平受所携带能源、推进装置工作状况、负载设备工作状况制约的问题。所述切换系统包括：通信声纳，用于接收UUV水面监控系统的状态切换指令，根据所述状态切换指令，发出通信声纳信号；时钟信号发生器，当达到设定的时间，产生状态保持时间截止信号；运行/静默状态切换控制器，用于根据通信声纳信号或者状态保持时间截止信号，发出运行/静默状态切换控制信号；UUV控制系统，用于根据运行/静默状态切换控制信号，实现UUV运行状态与静默状态的切换。

Description

UUV运行/静默状态自动切换系统

技术领域

本发明涉及一种UUV，特别涉及一种UUV运行/静默状态自动切换系统。

背景技术

随着科技的进步，UUVUnmannedUnderwaterVehicle，水下无人航行器的自主作业能力不断提高，在航行过程中可以同时执行一项或是多项重要任务，这使得UUV在海洋探测和国防等各个领域得到了广泛的应用，例如长期定点观测、隐蔽侦察等。以上任务要求UUV需要具有较强的续航能力与较低的工作噪声。

从UUV的工作特点可发现，UUV自带能源、依靠自身的推进装置航行，其续航能力、噪声水平受到携带能源总量、推进装置工作状况、负载设备工作状况等的制约，推进装置负荷越高、投入运行的负载设备越多，单位时间耗电量也就越多，续航力也就相应地减少、噪声则相应地变大。

在不增加UUV尺寸和重量、不改变UUV推进装置的前提下，UUV在非作业时间由工作状态切换到静默状态、在作业时间仅将必需的观测或侦察传感器投入工作，是提高UUV续航力、降低噪声的有效解决途径。但是，查阅国内外相关文献以及专利库，尚未检索到相关的文献和专利，尚无可借鉴的解决办法。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前UUV执行长期定点观测、隐蔽侦察等任务时的续航能力、噪声水平受所携带能源、推进装置工作状况、负载设备工作状况制约的问题，本发明提供一种UUV运行/静默状态自动切换系统。

本发明的UUV运行/静默状态自动切换系统，所述切换系统包括运行/静默状态切换控制器、通信声纳、时钟信号发生器和UUV控制系统；

通信声纳，用于接收UUV水面监控系统的状态切换指令，根据所述状态切换指令，发出通信声纳信号；

时钟信号发生器，当达到设定的时间，产生状态保持时间截止信号；

运行/静默状态切换控制器，用于根据通信声纳信号或者状态保持时间截止信号，发出运行/静默状态切换控制信号；

UUV控制系统，用于根据运行/静默状态切换控制信号，实现UUV运行状态与静默状态的切换。

所述UUV控制系统包括使命管理计算机、任务控制计算机和控制与导航计算机；

使命管理计算机，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合UUV载体状态守护软件模块和UUV载体状态记录文件，调整UUV载体的运行状态和任务进展情况；

UUV切换至静默状态前，UUV载体状态守护软件模块读取UUV载体的运行状态和任务进展情况并记录在UUV载体状态记录文件中；在UUV切换至运行状态时，UUV载体状态守护软件模块读取UUV载体状态记录文件中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，用于恢复切换前载体的运行状态和任务进展情况；

任务控制计算机，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合负载状态守护软件模块和负载状态记录文件，控制负载的工作状态；

UUV切换至静默状态前，负载状态守护软件模块读取UUV切换至静默状态前的负载的工作状态并记录在负载状态记录文件中；在UUV切换至运行状态时，负载状态守护软件模块读取负载状态记录文件中记录的负载的工作状态，用于恢复切换前负载的工作状态；

控制与导航计算机，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合导航信息守护软件模块8和导航信息记录文件，控制导航设备的工作状态；

UUV切换至静默状态前，导航信息守护软件模块读取UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备的工作状态并记录在导航信息记录文件；在UUV切换至运行状态时，导航信息守护软件模块读取导航信息记录文件中记录的导航信息和导航设备的工作状态，用于恢复切换前导航设备的工作状态。

当UUV载体从运行状态切换至静默状态时：

使命管理计算机，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块运行，将UUV载体的运行状态和任务进展情况记录至UUV载体状态记录文件，调整UUV载体浮态至微负浮力直至UUV载体坐落水底，控制推进与操纵装置断电，并向任务控制计算机发送切换完成信号；

任务控制计算机，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块6运行，将负载的工作状态记录至负载状态记录文件，控制负载断电，并向控制与导航计算机发送切换完成信号；

控制与导航计算机，当接收到切换完成信号，调度导航信息守护软件模块运行，导航信息记录文件记录下UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备的工作状态，控制导航设备断电，并向运行/静默状态切换控制器上报切换结束应答信号。

当UUV载体从静默状态切换至运行状态时：

控制与导航计算机，当接收到状态切换控制信号，调度导航信息守护软件模块运行，读取导航信息记录文件中记录的导航信息和导航设备的工作状态，根据导航设备的工作状态，恢复导航设备的上电状态和工作参数，根据导航信息对导航设备进行初始对准，向任务控制计算机发送切换完成信号；

任务控制计算机，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块运行，读取负载状态记录文件中记录的负载的工作状态，根据读取的负载的工作状态，恢复负载的上电状态和工作参数，然后向使命管理计算机发送切换完成信号；

使命管理计算机，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块运行，读取UUV载体状态记录文件中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，根据读取的UUV载体的运行状态，恢复推进与操纵装置的上电状态，调整UUV浮态至切换静默状态前UUV的浮态，UUV因正浮力离开水底；根据读取的任务进展情况，恢复执行任务，并向运行/静默状态切换控制器上报切换结束应答信号。

UUV载体的运行状态包括切换前后设备上电状态和切换前浮态

所述负载包括侧扫声纳、多波束声纳、成像声纳和摄像机。

所述导航设备包括GPS、惯导、多普勒测速仪、深度计和测高声纳。

所述使命管理计算机，调整UUV载体浮态至微负浮力直至UUV载体坐落水底时，是通过应急与均衡装置使UUV载体产生负浮力。

本发明的有益效果在于，1、本发明将UUV运行/静默状态自动切换的流程写入UUV的现有控制系统中，充分利用了UUV现有设备，仅在UUV系统中增添时钟信号发生器、通信声纳等有限硬件设备，采用状态守护软件模块、状态记录文件等软件手段实现状态切换，保证了低成本及较高的可靠性；

2、本发明有效地降低了UUV的能耗，提高UUV的续航能力，具有较高的实用性；

3、运行/静默状态切换控制器可以接收UUV母船借助通信声纳下达的状态切换指令或时钟信号发生器的状态切换指令控制UUV进行状态切换，控制方式灵活；

4、使用UUV载体状态记录文件、负载状态记录文件、导航信息记录文件分别记录UUV切换至静默状态之前使命管理计算机、任务控制计算机、控制与导航计算机、UUV各负载和导航设备的工作状态信息，在UUV切换到工作状态时可以快速恢复切换前的工作。

因此，本发明从有效降低UUV耗能、降低噪声的角度，提高了UUV的续航能力和降低了噪声水平。本发明可以在无需大量增加硬件设备和成本的情况下对UUV工作状态进行管理，关闭不必要的设备，降低能源消耗、提高续航能力、增加任务的隐蔽性，具有较高的可行性、实用性、可靠性和可扩展性。

附图说明

图1为具体实施方式中UUV运行/静默状态自动切换系统的原理示意图。

图2具体实施方式中UUV从运行状态切换至静默状态的流程示意图。

图3具体实施方式中UUV从静默状态切换至运行状态的流程示意图。

具体实施方式

结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，如图1所示，切换系统包括运行/静默状态切换控制器1、通信声纳2、时钟信号发生器3和UUV控制系统11；

UUV的控制系统11包括使命管理计算机12、任务控制计算机13和控制与导航计算机14；

所述使命管理计算机12还包括UUV载体状态守护软件模块和UUV载体状态记录文件；

UUV切换至静默状态前，UUV载体状态守护软件模块4读取UUV载体的运行状态和任务进展情况并记录在UUV载体状态记录文件5中；在UUV切换至运行状态时，UUV载体状态守护软件模块4读取UUV载体状态记录文件5中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，用于恢复切换前载体的运行状态和任务进展情况；

所述任务控制计算机13还包括负载状态守护软件模块和负载状态记录文件；

UUV切换至静默状态前，负载状态守护软件模块6读取UUV切换至静默状态前的负载的工作状态并记录在负载状态记录文件7中；在UUV切换至运行状态时，负载状态守护软件模块6读取负载状态记录文件7中记录的负载的工作状态，用于恢复切换前负载18的工作状态；

控制与导航计算机14还包括导航信息守护软件模块和导航信息记录文件；

UUV切换至静默状态前，导航信息守护软件模块8读取UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备19的工作状态并记录在导航信息记录文件9；在UUV切换至运行状态时，导航信息守护软件模块8读取导航信息记录文件9中记录的导航信息和导航设备19的工作状态，用于恢复切换前导航设备19的工作状态。

UUV由运行状态切换至静默状态的流程如图2所示：

当运行/静默状态切换控制器1接收到UUV水面监控系统10通过通信声纳2下达的状态切换指令或时钟信号发生器3发送的状态保持时间截止信号时，运行/静默状态切换控制器1进入UUV状态切换流程，发送运行/静默状态切换控制信号；

首先，使命管理计算机12，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块4运行，将UUV载体的运行状态和任务进展情况记录至UUV载体状态记录文件5，调整UUV载体浮态至微负浮力直至UUV载体坐落水底，控制推进与操纵装置16断电，推进与操纵装置16停止运行同时UUV不再机动，使命管理计算机12向应急与均衡装置17下达调油指令，使UUV产生负浮力，实现UUV坐底；并向任务控制计算机13发送切换完成信号；

UUV在水下航行时会受到海流的干扰，导致UUV偏离预定航线。UUV在运行状态时导航设备能检测到UUV偏离预定航线，推进与操纵装置调整工作状态，能够抵消海流造成的干扰；UUV在静默状态时导航设备和推进与操纵装置均处于关闭状态，UUV无法抵消海流造成的干扰，若UUV悬浮于水中，UUV将随波逐流不受控制，将威胁UUV的安全，而且UUV切换为工作状态以后再使用切换为静默状态前的位置信息对导航设备进行校准就会造成很大误差。本实施方式中静默期间UUV保持负浮力坐落水底状态，凭借海底泥沙对UUV的阻力抵消海流造成的干扰，使UUV在切换静默状态前后位置保持不变。

任务控制计算机13，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块6运行，依次取得侧扫声纳、多波束声纳、成像声纳和摄像机等负载18的上电状态和工作参数等工作状态，将负载18的工作状态记录至负载状态记录文件7，控制负载18断电，并向控制与导航计算机14发送切换完成信号；

控制与导航计算机14，当接收到切换完成信号，调度导航信息守护软件模块8运行，导航信息记录文件9记录下UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备19的工作状态，依次给GPS、惯导、多普勒测速仪、深度计、测高声纳等导航设备19断电，并向运行/静默状态切换控制器1上报切换结束应答信号。

UUV由静默状态切换至运行状态的流程如图3所示：

当运行/静默状态切换控制器1接收到UUV水面监控系统10通过通信声纳2下达的状态切换指令或时钟信号发生器3发送的状态保持时间截止信号时，运行/静默状态切换控制器1进入UUV状态切换流程，发送运行/静默状态切换控制信号；

首先，控制与导航计算机14接收到状态切换控制信号，调度导航信息守护软件模块8运行，读取导航信息记录文件9中记录的导航信息和导航设备19的工作状态，根据导航设备19的工作状态，依次恢复GPS、惯导、多普勒测速仪、深度计、测高声纳等导航设备19的上电状态，写入切换前的工作参数，并用切换前的导航信息对导航设备19进行初始对准，向任务控制计算机13发送切换完成信号；

任务控制计算机13，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块6运行，读取负载状态记录文件7中记录的负载18的工作状态，根据读取的负载18的工作状态，依次恢复侧扫声纳、多波束声纳、成像声纳、摄像机等负载18的上电状态，写入切换前的工作参数，然后向使命管理计算机12发送切换完成信号；

使命管理计算机12，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块4运行，读取UUV载体状态记录文件5中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，根据读取的UUV载体的运行状态，依次恢复主推、辅推、舵机等推进与操纵装置(16)等的上电状态，调整UUV浮态至切换静默状态前UUV的浮态，UUV因正浮力离开水底；根据读取的任务进展情况，恢复执行任务，并向运行/静默状态切换控制器1上报切换结束应答信号。

本实施方式中，UUV控制系统11通过UUV系统总线15对推进与操纵装置16、应急与均衡装置17、负载18和导航设备19进行控制。

Claims (8)

1.一种UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，所述切换系统包括运行/静默状态切换控制器(1)、通信声纳(2)、时钟信号发生器(3)和UUV控制系统(11)；

通信声纳(2)，用于接收UUV水面监控系统(10)的状态切换指令，根据所述状态切换指令，发出通信声纳信号；

时钟信号发生器(3)，当达到设定的时间，产生状态保持时间截止信号；

运行/静默状态切换控制器(1)，用于根据通信声纳信号或者状态保持时间截止信号，发出运行/静默状态切换控制信号；

UUV控制系统(11)，用于根据运行/静默状态切换控制信号，实现UUV运行状态与静默状态的切换。

2.根据权利要求1所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，所述UUV控制系统(11)包括使命管理计算机(12)、任务控制计算机(13)和控制与导航计算机(14)；

使命管理计算机(12)，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合UUV载体状态守护软件模块(4)和UUV载体状态记录文件(5)，调整UUV载体的运行状态和任务进展情况；

UUV切换至静默状态前，UUV载体状态守护软件模块(4)读取UUV载体的运行状态和任务进展情况并记录在UUV载体状态记录文件(5)中；在UUV切换至运行状态时，UUV载体状态守护软件模块(4)读取UUV载体状态记录文件(5)中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，用于恢复切换前载体的运行状态和任务进展情况；

任务控制计算机(13)，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合负载状态守护软件模块(6)和负载状态记录文件(7)，控制负载(18)的工作状态；

UUV切换至静默状态前，负载状态守护软件模块(6)读取UUV切换至静默状态前的负载的工作状态并记录在负载状态记录文件(7)中；在UUV切换至运行状态时，负载状态守护软件模块(6)读取负载状态记录文件(7)中记录的负载的工作状态，用于恢复切换前负载(18)的工作状态；

控制与导航计算机(14)，用于根据运行/静默状态切换控制信号，结合导航信息守护软件模块(8)和导航信息记录文件(9)，控制导航设备(19)的工作状态；

UUV切换至静默状态前，导航信息守护软件模块(8)读取UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备(19)的工作状态并记录在导航信息记录文件(9)；在UUV切换至运行状态时，导航信息守护软件模块(8)读取导航信息记录文件(9)中记录的导航信息和导航设备(19)的工作状态，用于恢复切换前导航设备(19)的工作状态。

3.根据权利要求2所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，当UUV载体从运行状态切换至静默状态时：

使命管理计算机(12)，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块(4)运行，将UUV载体的运行状态和任务进展情况记录至UUV载体状态记录文件(5)，调整UUV载体浮态至微负浮力直至UUV载体坐落水底，控制推进与操纵装置(16)断电，并向任务控制计算机(13)发送切换完成信号；

任务控制计算机(13)，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块(6)运行，将负载(18)的工作状态记录至负载状态记录文件(7)，控制负载(18)断电，并向控制与导航计算机(14)发送切换完成信号；

控制与导航计算机(14)，当接收到切换完成信号，调度导航信息守护软件模块(8)运行，导航信息记录文件(9)记录下UUV切换至静默状态前的导航信息和导航设备(19)的工作状态，控制导航设备(19)断电，并向运行/静默状态切换控制器(1)上报切换结束应答信号。

4.根据权利要求3所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，

当UUV载体从静默状态切换至运行状态时：

控制与导航计算机(14)，当接收到状态切换控制信号，调度导航信息守护软件模块(8)运行，读取导航信息记录文件(9)中记录的导航信息和导航设备(19)的工作状态，根据导航设备(19)的工作状态，恢复导航设备(19)的上电状态和工作参数，根据导航信息对导航设备(19)进行初始对准，向任务控制计算机(13)发送切换完成信号；

任务控制计算机(13)，当接收到切换完成信号，调度负载状态守护软件模块(6)运行，读取负载状态记录文件(7)中记录的负载(18)的工作状态，根据读取的负载(18)的工作状态，恢复负载(18)的上电状态和工作参数，然后向使命管理计算机(12)发送切换完成信号；

使命管理计算机(12)，当接收到状态切换控制信号，调度UUV载体状态守护软件模块(4)运行，读取UUV载体状态记录文件(5)中记录的UUV载体的运行状态和任务进展情况，根据读取的UUV载体的运行状态，恢复推进与操纵装置(16)的上电状态，调整UUV浮态至切换静默状态前UUV的浮态，UUV因正浮力离开水底；根据读取的任务进展情况，恢复执行任务，并向运行/静默状态切换控制器(1)上报切换结束应答信号。

5.根据权利要求3或4所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，UUV载体的运行状态包括切换前后设备上电状态和切换前浮态。

6.根据权利要求3或4所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，所述负载(18)包括侧扫声纳、多波束声纳、成像声纳和摄像机。

7.根据权利要求3或4所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，所述导航设备(19)包括GPS、惯导、多普勒测速仪、深度计和测高声纳。

8.根据权利要求3所述的UUV运行/静默状态自动切换系统，其特征在于，所述使命管理计算机(12)，调整UUV载体浮态至微负浮力直至UUV载体坐落水底时，是通过应急与均衡装置(17)使UUV载体产生负浮力。