CN109884729A - 一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统及水雷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人艇应用技术领域，具体涉及一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统及水雷检测方法，包括设于无人艇上的中央控制器以及与中央控制器相连接的供电模块、数据采集模块、远程操作平台和机器鱼群模块；数据采集模块采集艇体的相关信号，经中央控制器传输至远程操作平台；远程操作平台接收并显示信号；远程操作平台对中央控制器发出指令，中央控制器接收指令并对机器鱼群模块发出水雷检测指令，机器鱼群模块接收指令，并将检测结果信号经中央控制器无线传输至远程操作平台。本发明以无人艇为载体，以机器鱼为测量主体，突破海域限制，提高水雷检测的安全性；对每条机器鱼划分不同的检测区域，同时进行水雷检测，提高水雷检测效率。

Description

一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统及水雷检测 方法

技术领域

本发明属于无人艇应用技术领域，具体涉及一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统及水雷检测方法。

背景技术

水雷是一种布设在水中的爆炸性武器，它可以由舰船的机械碰撞或由其他非接触式因素，如磁性、噪音和水压等的作用而引起爆炸，用于毁伤敌方舰船或阻碍其活动。目前的扫雷工作采用的常规手段是先利用携带声呐的扫雷艇对可疑目标进行定位，缩小排查范围，确定疑似水雷目标后由潜水员携带照相设备对其进行抵近拍照。这种方法危险性高、成本高且耗时长，尤其对于海图信息不完整的远海地区难度更大，因此有必要开发一种能够突破海域限制，具有高效和高安全性的系统来实现指定海域的水雷检测工作。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，以提高水雷检测工作的效率和安全性。

基于上述目的，本发明采用的技术方案为：一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，包括设于无人艇上的中央控制器以及与中央控制器相连接的供电模块、数据采集模块和远程操作平台，所述控制系统还包括机器鱼群模块；所述机器鱼群模块内设有机器鱼；供电模块包括电源模块，电源模块与中央控制器、数据采集模块和机器鱼群模块相连接；数据采集模块包括设于无人艇上的定位系统、摄像头和声呐，定位系统包括惯性导航系统和GPS接收机；数据采集模块采集艇体的位置及艏向信号、视频信号和声呐探测信号，并传输至中央控制器，中央控制器将信号处理后传输至远程操作平台；远程操作平台上设有操控界面，操控界面上设有可触摸显示屏，操控界面接收并显示中央控制器传输的信号；操控界面通过可触摸显示屏对中央控制器发出控制指令；中央控制器接收指令并对机器鱼群模块发出投放机器鱼和水雷检测指令，机器鱼群模块接收指令，并将检测结果信号无线传输至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后无线传输至远程操作平台。

进一步地，机器鱼内设有控制模块和与控制模块相连接的电源管理模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块；电源管理模块通过供电模块获取电源并为控制模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块供电；感知模块包括设于机器鱼内的惯性导航系统、摄像头和声呐；感知模块将机器鱼所处的位置信号和声呐信号发送至控制模块，控制模块将位置信号和声呐信号处理后通过通信模块发送至中央控制器，中央控制器接收信号并将信号发送至远程操作平台，远程操作平台接收信号并向中央控制器发出检测指令，中央控制器接收指令并通过通信模块传输至控制模块，控制模块控制驱动模块、感知模块和报警模块进行水雷的检测，并将采集到的检测结果信号和报警信号通过通信模块无线传输至中央控制器，中央控制器接收检测结果信号和报警信号并进行处理后发送至远程操作平台，并在可触摸显示屏上显示检测结果。

进一步地，供电模块还包括与电源模块相连接的稳压模块，电源模块通过稳压模块为数据采集模块和机器鱼群模块提供稳定的工作电压；电源模块包括蓄电池和太阳能电池板。

进一步地，机器鱼群模块内的机器鱼的数量为多条。

利用上述水雷检测控制系统进行水雷检测的方法，包括以下步骤：（1）将无人艇航行至指定海域；（2）开始检测任务，对机器鱼进行路径规划及投放；（3）机器鱼抵达指定检测区域，并对指定检测区域中的水雷进行检测；（4）检测任务完成，无人艇进行机器鱼的回收，机器鱼回收完毕，无人艇按照指定路径返航。

进一步地，步骤（1）中将无人艇航行至指定海域的具体过程为：当无人艇接收到指定海域的水雷检测任务后，通过定位系统确定无人艇的位置信号和艏向信号，并将位置信号和艏向信号发送至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后，将信号无线传输至远程操作平台，远程操作平台通过可触摸显示屏向中央控制器发出路径信号，中央控制器接收路径信号并控制无人艇按照规划路径进行循迹以抵达指定海域。

进一步地，步骤（2）中开始检测任务对机器鱼进行路径规划及投放的具体过程为：

.当无人艇抵达任务海域后，中央控制器为每个机器鱼划定各自的检测区域，区域划定后，中央控制器将区域划定信号无线传输至远程操作平台，同时向远程操作平台发出请求指令；根据当前海域情况，远程操作平台决定是否开始任务，若不开始任务则对中央控制器无应答，若开始任务则向中央控制器发送应答指令；

.中央控制器接收到远程操作平台发出的应答指令后，向各个机器鱼发送抵达所规划的目标区域的路径，并进行机器鱼的投放。

进一步地，步骤（3）中机器鱼抵达指定检测区域，并对指定检测区域中的水雷进行检测的具体过程为：.机器鱼循迹至目标区域；.机器鱼下潜抵近疑似水雷目标，对疑似水雷目标进行视频信息采集，并将采集到的视频信号通过中央控制器发送至远程操作平台；.远程操作平台接收视频信号的同时，通过中央控制器对机器鱼发出上浮指令，机器鱼接收上浮指令，停止视频采集并上浮后继续按照规划路径进行检测，直至机器鱼对指定检测区域中的水雷检测完成。

进一步地，步骤中机器鱼循迹至目标区域的过程为：

.机器鱼被投放入水中后，机器鱼内的控制模块向驱动模块、感知模块发出控制信号，机器鱼按照既定的规划路径进行循迹以抵达指定目标区域；

.在机器鱼循迹的过程中，利用声呐进行水雷检测，利用惯性导航系统标记机器鱼位置信息；经过机器鱼内的通信模块将声呐检测信号和机器鱼的位置信号发送至中央控制器，并由中央控制器无线传输至远程操作平台，在操控界面上显示机器鱼检测的实时信息和位置信息；

.当机器鱼检测到疑似水雷目标时，机器鱼内的报警模块发出报警信号，通过机器鱼内的通信模块将该报警信号无线传输至中央控制器，并由中央控制器无线传输至远程操作平台；

.远程操作平台接收到报警信号后，在操控界面上标定疑似水雷目标的位置信息，并通过中央控制器向鱼群发送下潜抵近指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明以无人艇为载体，以机器鱼为水雷检测主体，能够适应复杂的水域环境，突破传统水雷检测的海域限制；利用机器鱼体积较小的特性，大大降低了与水雷碰撞的可能性；以机器代替人力，与传统的人为检测技术相比，使工作人员在操作区外进行非接触式作业，提高了水雷检测过程中的安全性。

（2）机器鱼群模块内设有多条机器鱼，通过对机器鱼群模块中的每条机器鱼划分不同的水雷检测区域，利用多条机器鱼同时在不同的检测区域内进行水雷检测，提高了待测海域内的水雷检测效率。

（3）利用机器鱼的高效性和机动性，使得本发明具有低能耗和适应范围广的优点，此外，机器鱼的游动方式摆动频率低、柔性好，能最大限度地降低其它不必要的能量损失，充分利用并控制涡流，有效降低了环境检测和测绘过程中产生的噪音，有利于隐身和突防，在特殊海域进行监测具有隐蔽性，具有重要的军事价值。

综上所述，本发明以无人艇为载体，以机器鱼为测量主体，能够突破海域限制，提高水雷检测过程的安全性；通过对每条机器鱼划分不同的检测区域，同时进行水雷检测，提高了水雷检测效率。

附图说明

图1为本发明无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统的模块图；

图2为本发明中机器鱼内的控制系统模块图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，包括设于无人艇上的中央控制器以及与中央控制器相连接的供电模块、数据采集模块、远程操作平台和机器鱼群模块；中央控制器与数据采集模块之间存在单向信号传输，由数据采集模块将信号传输至中央控制器；中央控制器与远程操作平台和机器鱼群模块之间均存在无线双向信号传输，便于中央控制器对机器鱼群模块和数据采集模块的测量信息进行读取和处理，并将处理后的信息传送至远程操作平台，从而便于对无人艇和机器鱼进行远程控制。

供电模块包括电源模块以及与电源模块相连接的稳压模块，电源模块与中央控制器电连接，为中央控制器提供电源；电源模块采用太阳能电池板供电和蓄电池供电两种供电方式，通过增加太阳能电池板供电的方式，有效提高了无人艇的续航能力。电源模块通过稳压模块后与数据采集模块和机器鱼群模块相连接，为数据采集模块和机器鱼群模块提供稳定的工作电压，提高了数据采集模块和机器鱼群模块工作过程中的稳定性。

数据采集模块包括定位系统、摄像头和声呐，定位系统包括惯性导航系统和GPS接收机；数据采集模块采集艇体的位置及艏向信号、视频信号和声呐探测信号，并传输至中央控制器，中央控制器对数据采集模块的信息进行读取和处理，并将处理后的信号通过天线实时传输至远程操作平台。依据无人艇采集到的艇体的位置和艏向信息，便于操控人员对无人艇的位置信息进行实时远程监控；依据无人艇采集到的视频信息便于操控人员对机器鱼群的工作状态进行实时观测；依据无人艇采集到的声呐信息，便于操控人员判断疑似水雷目标的位置，针对无人艇所处的状态做出正确的决策，使得无人艇顺利抵达指定待测海域。

远程操作平台上设有操控界面，操控界面上设有可触摸显示屏，操控界面接收并显示中央控制器传输的信号；操控界面通过可触摸显示屏对中央控制器发出控制指令；中央控制器接收指令并对机器鱼群模块发出投放机器鱼和水雷检测指令，机器鱼群模块接收指令，并将检测结果信号无线传输至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后无线传输至远程操作平台，操控界面接收和显示无人艇航行信息及机器鱼检测信息，实现水雷检测过程的自动化和机械化，提高了水雷检测效率和安全性。

机器鱼群模块内设有多条机器鱼，中央控制器通过天线与机器鱼群进行双向信号传输，通过对机器鱼群模块中的每条机器鱼划定不同的水雷检测区域，利用多条机器鱼同时在不同的检测区域内进行水雷检测，提高了待测海域内的水雷检测效率。

如图2所示的机器鱼内的控制系统，机器鱼内设有控制模块和与控制模块相连接的电源管理模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块；电源管理模块通过供电模块获取电源并为控制模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块供电；感知模块包括惯性导航系统、摄像头和声呐，其中，惯性导航系统用于确定机器鱼所处的位置信息，声呐用于检测水面下是否存在疑似水雷的目标，摄像头在接收到远程操作平台的抵近指令后，抵近疑似水雷的目标并对下潜对该目标进行视频信息采集。

控制模块根据中央控制器发出的检测命令通过内部导航算法生成路径并控制驱动模块进行循迹，并实时将接收到的机器鱼的位置信息及检测信息传送到中央控制器；驱动模块包括机器鱼内的控制电路；报警模块在声呐检测到疑似水雷目标后通过通信模块对中央控制器发出报警信号；通信模块用于实现机器鱼与中央控制器之间的无线信号传输，通信模块包括无线电接收装置和无线电发射装置，通过无线电接收装置接收中央控制器发出的控制指令，通过无线电发射装置向中央控制器发送报警信号和水雷检测的视频信号。

感知模块将机器鱼所处的位置信号和声呐信号发送至控制模块，控制模块将位置信号和声呐信号处理后通过通信模块发送至中央控制器，中央控制器接收信号并将处理后的信号发送至远程操作平台，远程操作平台接收信号并向中央控制器发出检测指令，中央控制器接收指令并通过通信模块传输至控制模块，控制模块控制驱动模块、感知模块和报警模块进行水雷的检测，并将采集到的检测结果信号和报警信号通过通信模块无线传输至中央控制器，中央控制器接收检测结果信号和报警信号并进行处理后发送至远程操作平台，并在可触摸显示屏上显示检测结果。

此外，由于机器鱼本身具备的高效性和机动性，使得本发明具有低能耗和适应范围广的优点，由于机器鱼的游动方式摆动频率低、柔性好，能最大限度地降低其它不必要的能量损失，充分利用并控制涡流，有效降低了环境检测和测绘过程中产生的噪音，有利于隐身和突防，在特殊海域进行监测具有隐蔽性，具有重要的军事价值。

实施例2

利用实施例1中所述的一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统进行水雷检测的方法，包括以下步骤：

S01.当无人艇接收到指定海域的水雷检测任务后，通过定位系统确定无人艇的位置信号和艏向信号，并将位置信号和艏向信号发送至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后，将信号无线传输至远程操作平台，远程操作平台通过可触摸显示屏向中央控制器发出路径信号，中央控制器接收路径信号，中央控制器利用内部控制算法控制无人艇按照规划路径进行循迹以抵达指定的任务海域。

S02.当无人艇抵达任务海域后，中央控制器为每个机器鱼划定各自的检测区域，区域划定后，中央控制器将区域划定信号无线传输至远程操作平台，同时向远程操作平台发出请求指令；根据当前海域情况，远程操作平台决定是否开始任务，若不开始任务则对中央控制器无应答，若开始任务则向中央控制器发送应答指令。

S03.中央控制器接收到远程操作平台发出的应答指令后，向机器鱼群模块中的各个机器鱼发送对其划定的目标区域，各个机器鱼根据中央控制器发出的划定目标区域的信号结合机器鱼内部以及抵达目标区域的路径，同时进行机器鱼的投放。

S04.机器鱼被投放入水中后，机器鱼内的控制模块向驱动模块、感知模块发出控制信号，驱动模块和感知模块接收控制信号并使得机器鱼按照既定的规划路径进行循迹以抵达指定目标区域。

S05.在机器鱼循迹的过程中，利用声呐进行水雷检测，利用惯性导航系统标记机器鱼的位置信息；经过机器鱼内的通信模块将声呐检测信号和机器鱼的位置信号发送至中央控制器，中央控制器接收信号并进行信号处理后，经无线信号传输至远程操作平台，在远程操作平台的操控界面上显示机器鱼检测的实时信息和位置信息。

S06.当机器鱼检测到疑似水雷目标时，机器鱼内的报警模块发出报警信号，通过机器鱼内的通信模块将该报警信号无线传输至中央控制器，中央控制器接收报警信号并进行处理后，经无线信号传输至远程操作平台。

S07.远程操作平台接收到报警信号后，操控人员在远程操作平台上的操控界面上对疑似水雷目标的位置信息进行标定，同时向中央控制器发出控制指令，中央控制器接收指令并向机器鱼群模块中的机器鱼发送下潜抵近指令。

S08.机器鱼接收下潜抵近指令后，立即下潜抵近疑似水雷目标，同时开启摄像头进行录像，机器鱼将采集到的疑似水雷目标的视频信号通过机器鱼内的通信模块经中空控制器无线传输至远程操作平台。

S09.远程操作平台接收视频信号的同时，通过中央控制器对机器鱼发出上浮指令，机器鱼接收上浮指令，停止视频采集并上浮。

S10.机器鱼上浮后继续按照规划路径进行检测，重复步骤S06至S09，直至机器鱼对指定检测区域中的水雷检测完成。

S11.检测任务完成后，操控人员通过操控界面对中央控制器发出机器鱼回收指令，中央控制器接收指令控制机器鱼的回收，机器鱼回收完毕，无人艇按照指定路径返航。

Claims (9)

1.一种无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，其特征在于，包括设于无人艇上的中央控制器以及与中央控制器相连接的供电模块、数据采集模块和远程操作平台，所述控制系统还包括机器鱼群模块，所述机器鱼群模块内设有机器鱼；供电模块包括电源模块，电源模块与中央控制器、数据采集模块和机器鱼群模块相连接；数据采集模块包括设于无人艇上的定位系统、摄像头和声呐，定位系统包括惯性导航系统和GPS接收机；数据采集模块采集艇体的位置及艏向信号、视频信号和声呐探测信号，并传输至中央控制器，中央控制器将信号处理后传输至远程操作平台；远程操作平台上设有操控界面，操控界面上设有可触摸显示屏，操控界面接收并显示中央控制器传输的信号；操控界面通过可触摸显示屏对中央控制器发出控制指令；中央控制器接收指令并对机器鱼群模块发出投放机器鱼和水雷检测指令，机器鱼群模块接收指令，并将检测结果信号无线传输至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后无线传输至远程操作平台。

2.根据权利要求1所述的无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，其特征在于，所述机器鱼内设有控制模块和与控制模块相连接的电源管理模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块；所述电源管理模块通过供电模块获取电源并为控制模块、感知模块、驱动模块、报警模块和通信模块供电；所述感知模块包括设于机器鱼内的惯性导航系统、摄像头和声呐；所述感知模块将机器鱼所处的位置信号和声呐信号发送至控制模块，控制模块将位置信号和声呐信号处理后通过通信模块发送至中央控制器，中央控制器接收信号并将信号发送至远程操作平台，远程操作平台接收信号并向中央控制器发出检测指令，中央控制器接收指令并通过通信模块传输至控制模块，控制模块控制驱动模块、感知模块和报警模块进行水雷的检测，并将采集到的检测结果信号和报警信号通过通信模块无线传输至中央控制器，中央控制器接收检测结果信号和报警信号并进行处理后发送至远程操作平台，并在可触摸显示屏上显示检测结果。

3.根据权利要求2所述的无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，其特征在于，所述供电模块还包括与电源模块相连接的稳压模块，电源模块通过稳压模块为数据采集模块和机器鱼群模块提供稳定的工作电压；所述电源模块包括蓄电池和太阳能电池板。

4.根据权利要求3所述的无人艇与机器鱼协作的水雷检测控制系统，其特征在于，所述机器鱼群模块内的机器鱼的数量为多条。

5.利用权利要求1-4任一所述的水雷检测控制系统进行水雷检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将无人艇航行至指定海域；（2）开始检测任务，对机器鱼进行路径规划及投放；（3）机器鱼抵达指定检测区域，并对指定检测区域中的水雷进行检测；（4）检测任务完成，无人艇进行机器鱼的回收，机器鱼回收完毕，无人艇按照指定路径返航。

6.根据权利要求5所述的水雷检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中将无人艇航行至指定海域的具体过程为：当无人艇接收到指定海域的水雷检测任务后，通过定位系统确定无人艇的位置信号和艏向信号，并将位置信号和艏向信号发送至中央控制器，中央控制器接收信号并进行处理后，将信号无线传输至远程操作平台，远程操作平台通过可触摸显示屏向中央控制器发出路径信号，中央控制器接收路径信号并控制无人艇按照规划路径进行循迹以抵达指定海域。

7.根据权利要求6所述的水雷检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中开始检测任务对机器鱼进行路径规划及投放的具体过程为：

.当无人艇抵达任务海域后，中央控制器为每个机器鱼划定各自的检测区域，区域划定后，中央控制器将区域划定信号无线传输至远程操作平台，同时向远程操作平台发出请求指令；根据当前海域情况，远程操作平台决定是否开始任务，若不开始任务则对中央控制器无应答，若开始任务则向中央控制器发送应答指令；

.中央控制器接收到远程操作平台发出的应答指令后，向各个机器鱼发送抵达所规划的目标区域的路径，并进行机器鱼的投放。

8.根据权利要求7所述的水雷检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中机器鱼抵达指定检测区域，并对指定检测区域中的水雷进行检测的具体过程为：.机器鱼循迹至目标区域；.机器鱼下潜抵近疑似水雷目标，对疑似水雷目标进行视频信息采集，并将采集到的视频信号通过中央控制器发送至远程操作平台；.远程操作平台接收视频信号的同时，通过中央控制器对机器鱼发出上浮指令，机器鱼接收上浮指令，停止视频采集并上浮后继续按照规划路径进行检测，直至机器鱼对指定检测区域中的水雷检测完成。

9.根据权利要求8所述的水雷检测方法，其特征在于，所述步骤中机器鱼循迹至目标区域的过程为：

.机器鱼被投放入水中后，机器鱼内的控制模块向驱动模块、感知模块发出控制信号，使机器鱼按照既定的规划路径进行循迹以抵达指定目标区域；

. 在机器鱼循迹的过程中，利用声呐进行水雷检测，利用惯性导航系统标记机器鱼位置信息；经过机器鱼内的通信模块将声呐检测信号和机器鱼的位置信号发送至中央控制器，并由中央控制器无线传输至远程操作平台，在操控界面上显示机器鱼检测的实时信息和位置信息；

.当机器鱼检测到疑似水雷目标时，机器鱼内的报警模块发出报警信号，通过机器鱼内的通信模块将该报警信号无线传输至中央控制器，并由中央控制器无线传输至远程操作平台；

.远程操作平台接收到报警信号后，在操控界面上标定疑似水雷目标的位置信息，并通过中央控制器经无线通信向鱼群发送下潜抵近指令。