CN112572738A

CN112572738A - 小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统及方法

Info

Publication number: CN112572738A
Application number: CN202011518835.8A
Authority: CN
Inventors: 陶源中; 刘忠辉; 齐彦生; 王永冬
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: CN112572738B

Abstract

本发明公开了小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统及方法，系统简单，成本低，体积小，重量轻，使用方便，处理水雷及水下危险物品效率高的效果。本发明包括：便携式控制仪、潜航体以及控制装置。便携式控制仪设置在水面，通过水面光纤线轴连接至潜航体。控制装置设置在潜航体上，用于与便携式控制仪进行通讯。控制装置用于运行潜航体的控制程序，接收便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行控制命令；控制装置还采集潜航体的传感器信息。便携式控制仪根据目标位置与潜航体当前位置，发出针对潜航体的控制指令；便携式控制仪还用于显示潜航体传感器信息，显示潜航体探测到的水下目标的声呐图像和电视图像，显示潜航体的航行轨迹。

Description

小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统及方法

技术领域

本发明涉及反水雷水下特种航行器技术领域，具体涉及小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统及方法。

背景技术

现代战争中海洋控制是非常重要也是非常必要的，水雷反水雷是海洋控制的重要手段，猎雷是反水战中的主要方式，猎雷主要是探测、识别和处理水雷。

小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物精准处理系统主要用来处理，销毁水下危险的物品，比如水雷，装有炸药的其它危险物品。

目前对水中未爆危险物主要的处理方式是灭雷具灭雷系统和潜水员打捞两种手段。

灭雷具系统主要由控制台，馈电装置，光缆绞车，灭雷具，灭雷炸弹和爆破割刀组成。灭雷具配置有多个推进器，探测识别声呐，水下摄像机，具有三维机动性，能够在水下航行，能够探测和识别水下目标。控制台控制灭雷具航行，和探测识别水下目标，馈电装置给灭具提供电源，光缆绞车给灭雷具馈送电源，传输控制信号。

传统的灭雷具，在猎雷声纳的导引下，在沿岸海域、基地、港湾、江河等水域昼夜执行识别锚雷、沉底雷任务，割断锚雷雷索或雷链，销毁或使沉底雷失效。平时还可用于承担海底勘测、配合水下施工、水中兵器试验及海洋救助作业。主要组成包括：灭雷具、灭雷显控台、电缆绞车、爆破割刀、灭雷炸弹、供电装置。

表1灭雷具系统各主要设备物理参数表

序号	名称	外形尺寸(mm	重量(kg
				1	灭雷具	2570×930×800	380
2	灭雷显控台	1600×580×895	300
				4	电缆绞车	700×680×640	140
5	爆破割刀	590×500×120	3
				6	灭雷炸弹	775×300×257	44
7	供电装置	520×330×690	120
					合计		987

灭雷具系统灭雷的方式是通过灭雷具携带灭雷炸弹和爆破割刀的方式处理水雷。对于沉底雷，灭雷具挂上灭雷炸弹，航行到水雷上方，投下灭雷炸弹，然后航行回猎雷艇附近，起吊回收灭雷具，回收完毕后引爆灭雷炸弹，炸毁水雷。对于锚雷，灭雷具挂上爆破割刀，布放灭雷具入水，灭雷具航行到雷索附近，把爆破割刀挂到雷索上，等待然后灭雷具返航，起吊回收后延时起爆，炸断雷索，锚雷浮到水面上，在水面将锚雷销毁。

灭雷具系统灭雷的缺点主要有三个，一是处理水雷的时间比较长，效率不高，特别是战时需要快速处理水雷的时候，不能满足快速处理的要求；二是灭雷具系统复杂，体积大，重量重，灭雷具380kg，主要设备共计987kg，起吊布放和供电要求较高，需要专用母船作为搭载平台；三是灭雷具系统成本高，使用昂贵。

对于水雷及其它的水下危险未爆物品，也有通过潜水员打捞的方式处理的。这种处理方式对人员要求较高，需专业潜水员处理；处理时潜水员要在水中近距离接触被处理物，具有一定的危险性；潜水员水下作业对水深和流速要求较高，一般水深不超过30m，水域流速不大于1kn，导致作业具有一定的局限性。

因此目前缺少一种体积小、重量轻、使用方便且能够高效处理水下未爆危险物的处理系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统及方法，系统简单，成本低，体积小，重量轻，使用方便，处理水雷及水下危险物品效率高的效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统，包括：便携式控制仪、潜航体以及控制装置。

便携式控制仪设置在水面；便携式控制仪通过水面光纤线轴连接至潜航体。

控制装置设置在潜航体上，用于与便携式控制仪进行通讯。

控制装置用于运行潜航体的控制程序，接收便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行控制命令；控制装置还采集潜航体的传感器信息。

便携式控制仪根据目标位置与潜航体当前位置，发出针对潜航体的控制指令；便携式控制仪还用于显示潜航体传感器信息，显示潜航体探测到的水下目标的声呐图像和电视图像，显示潜航体的航行轨迹。

进一步地，潜航体包括电池组、水平推进器、水声定位信标、声呐、摄像机、照明灯、聚能战斗部、垂直推进器以及光端机。

水平推进器安装在潜航体壳体的两侧。

水声定位信标用于对潜航体进行水下定位。

垂直推进器安装在潜航体内部中央。

照明灯和摄像机安装在潜航体壳体内部前端，潜航体前端设置透明罩，将照明灯和摄像机罩在潜航体壳体内部前端，摄像机拍摄获得水下视频图像作为电视信号，送入光端机的网络视频通道。

聚能战斗部安装潜航体内部的前端，位于照明灯和摄像机后部。

电池组设置于潜航体内部，用于为潜航体提供电源。

声呐设置在聚能战斗部的前端，声纳用于探测水下目标，生成水下目标的声纳图像，声呐的输出端连接到光端机的422串行通道。

光端机设置于潜航体内部尾端，设有1个422串行通道，1个网络视频通道以及1个RS232C串行通道，其中RS232C串行通道用于连接控制装置。

潜航体内部的尾端安装内部光纤线轴，光端机通过内部光纤线轴连接至水面上的便携式控制仪。

进一步地，控制装置包括微机控制器、深度计、以及磁罗经。

微机控制器设置于潜航体内部，微机控制器用于运行潜航器的控制程序，接收便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行控制命令；微机控制器还用于采集潜航体中传感器信息。

微机控制器的数字控制端口分别连接聚能战斗部、水声定位信标、水平推进器和垂直推进器的转速极性端口。

微机控制器的模拟端口连接到水平推进器和垂直推进器的转速控制端口。

便携式控制仪的控制命令包括，潜航体控制命令和声呐控制命令；控制命令通过光纤线轴传输至光端机，由光端机转化为光信号，通过光纤线轴送入微机控制器。

潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机转化成光信号，通过光纤线轴传输至便携式控制仪。

传感器信息包括深度及采集的潜航体的深度信息以及磁罗经(13)采集的潜航体的航向和姿态信息。

进一步地，聚能战斗部，装药量1.5kgTNT当量；电池组为锂电池组。

本发明另外一个实施例还提供了小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理方法，以水下未爆危险物为水下目标，采用如权利要求4的系统按照如下流程进行处理，该流程包括潜航体初始定位过程，潜航体精确定位过程：

潜航体初始定位过程，具体为：便携式控制仪首先接收初始定位信息，初始定位信息为根据水下目标的估计位置指定的位置；便携式控制仪利用初始定位信息生成潜航体控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器，微机控制器控制水平推进器和垂直推进器，使得潜航体到达初始定位信息所指示位置。

在潜航体初始定位过程中，潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机转化成光信号，通过水面光纤线轴传输至便携式控制仪进行显示；水声定位信标的定位信息通过水声链路传输至便携式控制仪；潜航体到达初始定位信息所指示位置后，执行潜航体精确定位过程。

潜航体精确定位过程，具体为：便携式控制仪根据实时接收的潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像，以及接收的水声定位信标的定位信息，判断潜航体与水下目标之间的相对位置；根据潜航体与水下目标之间的相对位置，生成实时控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器，微机控制器控制水平推进器和垂直推进器，使得潜航体到达水下目标所处位置；潜航体到达水下目标所处位置后，便携式潜航体发出潜航体控制命令，控制聚能战斗部起爆，实现对水下目标的炸毁。

有益效果：

本发明提出小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统，对潜航体能源系统做优化改进，用高比能的锂电池组替代馈电系统，可以大大减轻系统的体积重量；对影响潜航体总体性能及布置的信号传输系统，用体积小重量轻的光纤线轴替代传统的脐带电缆，大大减小潜航体航行阻力，从而减小推荐装置功率，减小潜航体能源需求，减小潜航体体积重量；对于水下未爆炸物的处理采用聚能爆破技术，大大减小装药量，从而减小潜航体体积和重量。对比已有技术，本发明能够大大减小系统的复杂性，把灭雷具系统的馈电装置，光缆绞车，灭雷炸弹，爆破割刀集成到潜航体，集成后整个潜航体的重量只有53kg，只有原有系统的10％，具有系统简单，成本低，体积小，重量轻，使用方便，处理水雷及水下危险物品效率高的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统组成框图；

图2为本发明实施例中潜航体外形和结构示意图；

图3为本发明实施例中潜航体控制装置示意图。

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。

本发明提供了一种小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统，如图1所示，包括：便携式控制仪、潜航体以及控制装置；

控制装置设置在潜航体上，用于与便携式控制仪进行通讯。

本发明实施例中，潜航体如图2所示，包括电池组2、水平推进器3、水声定位信标4、声呐6、摄像机7、照明灯8、聚能战斗部9、垂直推进器10以及光端机11。

水平推进器3安装在潜航体壳体的两侧；电机功率300W，提供水平方向的推力，使潜航体具有前进后退，左右转向的功能。

水声定位信标4用于对潜航体进行水下定位，定位信息通过水声链路传递到便携式控制仪。

垂直推进器10安装在潜航体内部中央；本发明实施例中电机功率300W，提供垂直方向的推进，使潜航体具有上浮下潜的功能。

照明灯8和摄像机7安装在潜航体壳体内部前端，潜航体前端设置透明罩，将照明灯8和摄像机7罩在潜航体壳体内部前端，摄像机7拍摄获得水下视频图像作为电视信号，送入光端机11的网络视频通道；其中本发明实施例中，照明灯功率20W，提供照明，使摄像机在水下能够看清楚目标。

聚能战斗部9安装潜航体内部的前端，位于照明灯8和摄像机7后部；本发明实施例中，聚能战斗部装药量1.5kgTNT当量。

电池组2设置于潜航体内部，用于为潜航体提供电源；本发明实施例中，电池组2采用可充电锂电池组，额定电压48VDC，容量800mAh，用于给潜航体提供动力和控制电源；

声呐6设置在聚能战斗部9的前端，声纳6用于探测水下目标，生成水下目标的声纳图像，声呐6的输出端连接到光端机11的422串行通道；本发明实施例中声呐采用机械扫描图像声呐，探测距离80m，用于远距离探测水下目标，形成水下目标的声呐图像，显示在便携式控制仪上。

光端机11设置于潜航体内部尾端，设有1个422串行通道，1个网络视频通道以及1个RS232C串行通道，其中RS232C串行通道用于连接控制装置。

潜航体内部的尾端安装内部光纤线轴12，光端机11通过内部光纤线轴12连接至水面上的便携式控制仪。

本发明实施例中，光纤线轴，光缆直径0.31mm，长度3km，用于传输潜航体和便携式控制仪的光信号。

本发明实施例中，控制装置包括微机控制器1、深度计5、以及磁罗经13。

微机控制器1设置于潜航体内部，微机控制器1用于运行潜航器的控制程序，接收便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行控制命令；微机控制器1还用于采集潜航体中传感器信息；微机控制器，包括PC104计算机主板，输入输出板，继电器板，电压传感器和电流传感器。用于运行潜航体的控制程序，接收控制台的命令，控制潜航体机动和执行命令，采集潜航体传感器信息。

微机控制器1的数字控制端口分别连接聚能战斗部9、水声定位信标4、水平推进器3和垂直推进器10的转速极性端口；

微机控制器1的模拟端口连接到水平推进器3和垂直推进器10的转速控制端口；

便携式控制仪的控制命令包括，潜航体控制命令和声呐控制命令；控制命令通过光纤线轴12传输至光端机11，由光端机11转化为光信号，通过光纤线轴送入微机控制器1。

潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机11转化成光信号，通过光纤线轴传输至便携式控制仪。

传感器信息包括深度计5采集的潜航体的深度信息以及磁罗经13采集的潜航体的航向和姿态信息。本发明实施例中，可使用量程260m的深度计。

便携式控制仪发送的潜航体控制命令、声纳控制命令通过光端机转化成光信号，通过光纤线轴传输至潜航体，同时潜航体的状态信息、电视信号、声纳信号由潜航体内部的光端机转化成光信号，通过光纤线轴传输至便携式控制仪。

潜航体具有三维机动功能，可以在水下航行，进行前进、后退、左传、右转、上浮、下潜运动，这些运动由便携式控制仪进行控制，主要靠水平操作杆和垂直操作杆两个手柄来控制。水平操纵杆往前推，代表前进，水平操纵杆往后拉，代表后退，电机转速即速度和操纵杆推拉的行程成正比。推进电机转速能从0转/秒到3000转/秒线性控制，灭雷具的水平速度能从0至5Kn线性调节。

需要进行灭雷作业的时候，在便携式控制仪上输入目标位置的经纬度。潜航体下水后，通过水声定位系统引导潜航体航行至目标附近，进行搜索。

潜航体装有声纳、水下照明和摄像机，声纳可以远距离搜索目标，并引导潜航体靠近目标，近距离的时候，使用电视摄像机观察和识别目标。潜航体头部装有聚能战斗部，当潜航体靠近目标后，调节头部姿态，使头部对准目标，用聚能战斗部使水雷目标失效或者销毁。

本发明的另外一个实施例还提供了小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理方法，以水下未爆危险物为水下目标，采用上述系统按照如下流程进行处理，该流程包括潜航体初始定位过程，潜航体精确定位过程：

潜航体初始定位过程，具体为：便携式控制仪首先接收初始定位信息，初始定位信息为根据水下目标的估计位置指定的位置；便携式控制仪利用初始定位信息生成潜航体控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器1，微机控制器1控制水平推进器3和垂直推进器10，使得潜航体到达初始定位信息所指示位置。

在潜航体初始定位过程中，潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机11转化成光信号，通过水面光纤线轴传输至便携式控制仪进行显示；水声定位信标4的定位信息通过水声链路传输至便携式控制仪；潜航体到达初始定位信息所指示位置后，执行潜航体精确定位过程。

潜航体精确定位过程，具体为：便携式控制仪根据实时接收的潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像，以及接收的水声定位信标4的定位信息，判断潜航体与水下目标之间的相对位置；根据潜航体与水下目标之间的相对位置，生成实时控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器1，微机控制器1控制水平推进器3和垂直推进器10，使得潜航体到达水下目标所处位置；潜航体到达水下目标所处位置后，便携式潜航体发出潜航体控制命令，控制聚能战斗部9起爆，实现对水下目标的炸毁。

潜航体由壳体、控制装置、光纤通信装置、推进装置、电池组、聚能战斗部、探测识别装置、光纤线轴、水声定位信标组成。推进装置包括配置两水平推进器，一个垂直推进器，探测识别装置包括探测声呐，水下照明灯，水下摄像机。具有三维机动性，能够在水下航行，能够探测和识别水下目标。

控制装置主要由微机控制器、磁罗经、深度计组成，主要用来运行潜航体的控制程序，接收控制台的命令，控制潜航体机动和执行命令，采集潜航体传感器信息。光纤通信光端机主要传输控制装置和控制台的命令信号，传输声呐的图像信号，电视的视频信号。电池组给潜航体提供动力和控制电源。水平推进装置提供水平方向的推力，使潜航体具有前进后退，左右转向的功能，垂直推进装置提供垂直方向的推进，使潜航体具有上浮下潜的功能。光纤线轴传输潜航体和便携式控制仪的光信号，同时光纤线轴随着潜航体前进，不断释放光缆，实现潜航体的远距离遥控。聚能战斗部主要有炸药和聚能装置，能够有效炸毁水雷和其它水下危险物。声呐能够远距离探测水下目标，形成水下目标的声呐图像，显示在便携式控制仪上，水下电视能够仔细观察识别水下目标。

便携式控制仪控制潜航体在水下机动、航行，显示潜航体内部参数，显示潜航体探测到的水下目标的声呐图像和电视图像，显示潜航体的航行轨迹。便携式控制仪主要由控制计算机，两个显示屏，两个操作手柄和光端机组成。

当需要进行水雷或者水下危险物处理的时候，在便携式控制仪上输入水雷或者水下危险物的位置，通过便携式操作潜航体航行到水雷附近，通过声呐搜索、引导潜航体抵进目标，通过水下电视仔细观察目标，贴近目标，通过便携式控制仪发送起爆命令，潜航体的聚能战斗部起爆，炸毁水雷或者危险物。

综上所述，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

1.小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理系统，其特征在于，包括：便携式控制仪、潜航体以及控制装置；

所述便携式控制仪设置在水面；便携式控制仪通过水面光纤线轴连接至所述潜航体；

所述控制装置设置在所述潜航体上，用于与所述便携式控制仪进行通讯；

所述控制装置用于运行潜航体的控制程序，接收所述便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行所述控制命令；所述控制装置还采集潜航体的传感器信息；

所述便携式控制仪根据目标位置与潜航体当前位置，发出针对潜航体的控制指令；所述便携式控制仪还用于显示潜航体传感器信息，显示潜航体探测到的水下目标的声呐图像和电视图像，显示潜航体的航行轨迹。

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述潜航体包括电池组(2)、水平推进器(3)、水声定位信标(4)、声呐(6)、摄像机(7)、照明灯(8)、聚能战斗部(9)、垂直推进器(10)以及光端机(11)；

所述水平推进器(3)安装在潜航体壳体的两侧；

所述水声定位信标(4)用于对所述潜航体进行水下定位；

所述垂直推进器(10)安装在潜航体内部中央；

所述照明灯(8)和摄像机(7)安装在潜航体壳体内部前端，所述潜航体前端设置透明罩，将所述照明灯(8)和摄像机(7)罩在潜航体壳体内部前端，所述摄像机(7)拍摄获得水下视频图像作为电视信号，送入所述光端机(11)的网络视频通道；

所述聚能战斗部(9)安装潜航体内部的前端，位于照明灯(8)和摄像机(7)后部；

所述电池组(2)设置于所述潜航体内部，用于为所述潜航体提供电源；

所述声呐(6)设置在所述聚能战斗部(9)的前端，所述声纳(6)用于探测水下目标，生成水下目标的声纳图像，所述声呐(6)的输出端连接到光端机(11)的422串行通道；

所述光端机(11)设置于潜航体内部尾端，设有1个422串行通道，1个网络视频通道以及1个RS232C串行通道，其中RS232C串行通道用于连接所述控制装置；

所述潜航体内部的尾端安装内部光纤线轴(12)，光端机(11)通过内部光纤线轴(12)连接至水面上的便携式控制仪。

3.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述控制装置包括微机控制器(1)、深度计(5)、以及磁罗经(13)；

所述微机控制器(1)设置于所述潜航体内部，所述微机控制器(1)用于运行潜航器的控制程序，接收便携式控制仪的控制命令，控制潜航体机动和执行控制命令；所述微机控制器(1)还用于采集潜航体中传感器信息；

所述微机控制器(1)的数字控制端口分别连接聚能战斗部(9)、水声定位信标(4)、水平推进器(3)和垂直推进器(10)的转速极性端口；

所述微机控制器(1)的模拟端口连接到水平推进器(3)和垂直推进器(10)的转速控制端口；

所述便携式控制仪的控制命令包括，潜航体控制命令和声呐控制命令；控制命令通过光纤线轴(12)传输至所述光端机(11)，由所述光端机(11)转化为光信号，通过光纤线轴送入所述微机控制器(1)；

所述潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机(11)转化成光信号，通过光纤线轴传输至便携式控制仪；

所述传感器信息包括深度及(5)采集的潜航体的深度信息以及所述磁罗经(13)采集的潜航体的航向和姿态信息。

4.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述聚能战斗部，装药量1.5kgTNT当量；所述电池组(2)为锂电池组。

5.小型水下无人光纤线轴遥控未爆危险物处理方法，其特征在于，以水下未爆危险物为水下目标，采用如权利要求4所述的系统按照如下流程进行处理，该流程包括潜航体初始定位过程，潜航体精确定位过程：

所述潜航体初始定位过程，具体为：所述便携式控制仪首先接收初始定位信息，所述初始定位信息为根据水下目标的估计位置指定的位置；便携式控制仪利用初始定位信息生成潜航体控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器(1)，微机控制器(1)控制水平推进器(3)和垂直推进器(10)，使得所述潜航体到达初始定位信息所指示位置；

在所述潜航体初始定位过程中，潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像由潜航体内部的光端机(11)转化成光信号，通过水面光纤线轴传输至便携式控制仪进行显示；水声定位信标(4)的定位信息通过水声链路传输至所述便携式控制仪；所述潜航体到达初始定位信息所指示位置后，执行潜航体精确定位过程；

所述潜航体精确定位过程，具体为：便携式控制仪根据实时接收的潜航体的传感器信息、电视信号、声纳图像，以及接收的水声定位信标(4)的定位信息，判断潜航体与水下目标之间的相对位置；根据潜航体与水下目标之间的相对位置，生成实时控制命令通过水面光纤线轴送入潜航体内的微机控制器(1)，微机控制器(1)控制水平推进器(3)和垂直推进器(10)，使得所述潜航体到达水下目标所处位置；所述潜航体到达水下目标所处位置后，便携式潜航体发出潜航体控制命令，控制聚能战斗部(9)起爆，实现对水下目标的炸毁。