CN112822704A - 一种多通道传输的无人艇信息管理方法 - Google Patents

一种多通道传输的无人艇信息管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其技术特点是：在无人艇平台与监控系统之间建立包括无线数传、无线图传和卫星通信链路的多通道传输系统；整合无人艇平台信息并通过艇端数传电台通信接口上传至监控系统；整合监控系统信息并通过监控端数传电台通信接口下发至无人艇平台。本发明将数传电台作为艇平台关键信息上传及监控系统控制指令下发的主传输通道，图传电台作为数据传输副通道，北斗短报文卫星通信只有在数传和图传电台均失效时开启发射功能，作为辅助通道，既能保证监控系统为无人艇平台不间断监控，又能保证信息的实时传输，同时可减少北斗短报文通信对卫星导航干扰频率，为无人艇的安全航行提供保障。

Description

一种多通道传输的无人艇信息管理方法
技术领域
本发明属于无人船艇技术领域，尤其是一种多通道传输的无人艇信息管理方法。
背景技术
水面无人艇作为一种无人化、智能化的小型水面任务平台，具有高机动性、低风险、人工成本低、受海况影响小、安全高效等特点，在海事、渔政、军事、测绘测量、执法方面极具发展潜力，应用前景广阔。受水面感知识别技术的限制，无人艇的航行尚不能完全脱离人为远程监控，尤其在复杂水面上航行，而人为的监控离不开稳定的信息传输通道，受海上自然环境制约，海上通信基本上以无线通信为主，目前主要的传输通道有数传电台、图传电台、卫星通信等。但这些传输方法具有一定的局限性。
首先是海上环境适应性问题，一是海上通信不同于陆地应急通信保障，海上应急通信保障通常需要面对海上基础通信设施缺乏、海上工况环境恶劣等不利条件，并且海上应急事件通常具有事发突然、应急响应窗口短、后果严重等特点，因此海上应急通信保障要求相对较高；二是受艇平台自身限制，小型化抗风浪能力弱，艇平台稳性差，同时通信天线架设高度无法过高。
其次是通信设备自身存在局限性，当前海上通信应用多种传输机制，包括短波、超短波、数据链和卫星通信等，每类通信手段可划分为多种具体实现方式，信道传输速率参差不齐，从几十bps到数Mbps。图传电台传输延时大，容易产生通信拥堵；数传电台传输数据量小，在艇高机动航行时容易丢包；卫星通信传输频率低，传输数据量小，且在其发射数据时干扰卫星导航定位。
综上所述，如何根据无人艇通信设备各自的特点及应用场景需求，将多通信传输设备优势互补进行联合是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种多通道传输的无人艇信息管理方法，解决无人艇信息传输过程中各通信设备传输距离、数据量及传输频率的不足的问题，提高复杂环境下的适应性。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种多通道传输的无人艇信息管理方法，包括以下步骤：
步骤1、在无人艇平台与监控系统之间建立包括无线数传、无线图传和卫星通信链路的多通道传输系统；
步骤2、整合无人艇平台信息并按照既定通信协议格式通过艇端数传电台通信接口上传至监控系统；整合监控系统信息并按照既定通信协议格式通过监控端数传电台通信接口下发至无人艇平台；
步骤3、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将步骤2上传的无人艇信息通过图传电台网络上传至监控系统；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将控制指令通过图传电台网络下发至无人艇平台；
步骤4、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或者通信中断现象，自动启动北斗短报文卫星通信数据发射；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或通信中断现象，自动启动监控系统北斗短报文卫星通信数据发射；
步骤5、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若二者通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输。
进一步，所述步骤5后还包括：无人艇平台的图传电台作为无人艇网络传输专用通道，将摄像头视频、雷达回波、光电视频信息以太网协议信息上传至监控系统。
进一步，所述步骤2中的无人艇平台信息包括CAN总线信息、网络信息、串口信息和心跳报文信息；所述CAN总线信息包括发动机、发电机、舵角、倒斗和舱室环境的底层反馈信息；所述网络信息包括避碰状态信息、自主航行状态信息、目标信息和报警信息；所述串口信息包括导航信息和海洋环境信息。
进一步，所述步骤2中的监控系统信息包括网络信息、串口信息和心跳报文信息，所述网络信息包括指令航线、指令航向、指令航速和设备控制指令，所述串口信息包括发动机控制指令、油门控制指令、舵角控制指令、发电机控制指令和倒斗控制指令。
进一步，所述步骤3在上传过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台信息传输，由数传电台通道继续传输；所述步骤3在下发过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台控制指令下发，由数传电台通道继续传输。
进一步，所述步骤4无人艇平台通过北斗短报文卫星通信数据发射，将本船位置、速度、航向、发动机状态信息按照1次/min的频率上传至监控系统；所述步骤4监控系统通过北斗短报文卫星通信数据发射，将油门指令、舵角指令，返航点指令按照规定频率下发至艇平台。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将数传电台作为艇平台关键信息上传及监控系统控制指令下发的主传输通道，图传电台作为数据传输副通道，北斗短报文卫星通信只有在数传和图传电台均失效时开启发射功能，作为辅助通道，既能保证监控系统为无人艇平台不间断监控，又能保证信息的实时传输，同时可减少北斗短报文通信对卫星导航干扰频率，为无人艇的安全航行提供保障。
2、本发明极大地发挥了图传电台网络传输优势，既能保证无人艇监控摄像头视频信息、雷达回波、光电视频等信息的上传，又作为关键参数备用通道，有效地提高系统的冗余性，同时与现有卫星通信系统、光纤网络、短波、超短波等既有系统无缝对接，具有良好的兼容性，能够兼容各种IP应用。
3、本发明的数传电台采用902～928MHz通信频段,拥有一定的穿透绕射能力，具有软件纠错算法及数据CRC校验功能，在突发干扰情况下，能主动纠正被干扰的数据包。图传电台采用1.1GHz～1.5GHz通信频段，运用OFDM多载波正交调制技术实现稳定可靠远距离数据传输，通信数据量大，速率高。同时将数电台与图传电台通信频段错开，有效的提高可靠性和传输距离，具有数据加密和压缩功能，延时低、通信距离远，适合无人艇控制指令及状态信息实时传送。
4、本发明具有短报文卫星通信通道(78byte/min)，实现对地面“无缝隙”覆盖，近距离情况下作为备用电台，在数传和图传通信电台覆盖范围外，实现无人艇位置状态监控及指令下达，兼具定位功能作为导航处理模块信息源备份输入。
5、本发明自适应选择无人艇信息传输通道，将数传电台、图传电台、北斗短报文卫星通信优势互补，并弥补各自缺陷，保障无人艇传感器信息、状态信息、控制信息和报警信息的实时、稳定传输。系统不受地理环境限制，可快速部署、统一指挥，支持在岸基、船载等各种方式的灵活部署。
附图说明
图1是本发明多通道传输原理示意图；
图2是本发明的无人艇平台信息和监控系统信息；
图3是本发明的信息传输流程图；
图4是本发明的实艇验证效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
本发明的设计思想是：为满足无人艇的功能需求，利用数传电台、图传电台、卫星通信，三种通信方式优势互补，保证通信的安全有效。其中数传电台以及卫星通信主要用于无人艇基本数据的传输，无人艇关键状态信息反馈和控制指令均通过数传电台传输，同时采用北斗短报文卫星通信，在数传电台超出有效通信距离的情况下依然能够进行基本的定位监视和应急控制。图传电台作为数传电台备份，在数传电台通信丢失或者数据丢包时，自动切换至图传电台传输，同时图传电台作为无人艇网络传输专用通道，包括摄像头视频、雷达回波等以太网协议信息。
基于上述设计思想，本发明提供一种多通道传输的无人艇信息管理方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：
步骤1、建立无人艇平台与监控系统的多通道传输系统。
在无人艇平台和监控系统之间通过多个通信链路建立多通道传输系统，保证无人艇平台信息的可靠上传以及监控系统指令的可靠下发。
无人艇平台和监控系统均设有数传电台接口、图传电台网络接口、北斗短报文卫星通信接口，从而通过无线数传、无线图传和卫星通信链路进行通信。多通道包括数传电台通信(可配置多个)、图传电台通信、北斗短报文卫星通信。
步骤2、整合无人艇信息并按照既定通信协议格式通过艇端数传电台通信接口上传至监控系统；整合监控系统信息并按照既定通信协议格式通过监控端数传电台通信接口下发至无人艇平台。
无人艇平台整合CAN总线信息(发动机、发电机、舵角、倒斗、舱室环境等底层反馈信息)、网络信息(避碰状态信息、自主航行状态信息、目标信息、报警信息等)、串口信息(导航信息、海洋环境信息等)、心跳报文信息，并将上述信息通过艇端数传电台通信接口上传至监控系统。
监控系统整合网络信息(指令航线、指令航向、指令航速、设备控制指令等)、串口信息(发动机控制指令、油门控制指令、舵角控制指令、发电机控制指令、倒斗控制指令等)、心跳报文信息，并将上述信息通过监控端数传电台通信接口下发至无人艇平台。
步骤3、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将步骤2上传的无人艇信息通过图传电台网络上传至监控系统，在上传过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台信息传输，由数传电台通道继续传输；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将控制指令通过图传电台网络下发至无人艇平台，在下发过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台控制指令下发，由数传电台通道继续传输。
步骤4、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或者通信中断现象，自动启动北斗短报文卫星通信数据发射，将本船位置、速度、航向、发动机状态信息按照1次/min的频率上传至监控系统；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或通信中断现象，自动启动监控系统北斗短报文卫星通信数据发射，将油门指令、舵角指令，返航点指令按照规定频率下发至艇平台。
步骤5、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若二者通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输。
步骤6、无人艇平台的图传电台作为无人艇网络传输专用通道，将摄像头视频、雷达回波、光电视频信息等以太网协议信息上传至监控系统。
图4给出了实艇验证效果图，从图中可以看出，在无人艇上安装数传电台、图传电台和卫星通信设备实现与监控系统的通信功能，监控系统上安装有相应的监控软件实现整体无人艇信息管理功能。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在无人艇平台与监控系统之间建立包括无线数传、无线图传和卫星通信链路的多通道传输系统；
步骤2、整合无人艇平台信息并按照既定通信协议格式通过艇端数传电台通信接口上传至监控系统；整合监控系统信息并按照既定通信协议格式通过监控端数传电台通信接口下发至无人艇平台；
步骤3、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将步骤2上传的无人艇信息通过图传电台网络上传至监控系统；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台通信状态，若出现数据丢包或通信中断现象，自动将控制指令通过图传电台网络下发至无人艇平台；
步骤4、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或者通信中断现象，自动启动北斗短报文卫星通信数据发射；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若两种通信方式均出现传输数据丢包或通信中断现象，自动启动监控系统北斗短报文卫星通信数据发射；
步骤5、无人艇平台实时检测与监控系统数传电台和图传电台通信状态，若通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输；监控系统实时检测与无人艇平台数传电台和图传电台通信状态，若二者通信恢复，自动关闭北斗短报文卫星通信发射方式，通过恢复的通信通道进行信息传输，优先通过数传电台通道传输。
2.根据权利要求1所述的一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：所述步骤5后还包括：无人艇平台的图传电台作为无人艇网络传输专用通道，将摄像头视频、雷达回波、光电视频信息以太网协议信息上传至监控系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：所述步骤2中的无人艇平台信息包括CAN总线信息、网络信息、串口信息和心跳报文信息；所述CAN总线信息包括发动机、发电机、舵角、倒斗和舱室环境的底层反馈信息；所述网络信息包括避碰状态信息、自主航行状态信息、目标信息和报警信息；所述串口信息包括导航信息和海洋环境信息。
4.根据权利要求1或2所述的一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：所述步骤2中的监控系统信息包括网络信息、串口信息和心跳报文信息，所述网络信息包括指令航线、指令航向、指令航速和设备控制指令，所述串口信息包括发动机控制指令、油门控制指令、舵角控制指令、发电机控制指令和倒斗控制指令。
5.根据权利要求1或2所述的一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：所述步骤3在上传过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台信息传输，由数传电台通道继续传输；所述步骤3在下发过程中，若数传电台通信恢复，停止图传电台控制指令下发，由数传电台通道继续传输。
6.根据权利要求1或2所述的一种多通道传输的无人艇信息管理方法，其特征在于：所述步骤4无人艇平台通过北斗短报文卫星通信数据发射，将本船位置、速度、航向、发动机状态信息按照1次/min的频率上传至监控系统；所述步骤4监控系统通过北斗短报文卫星通信数据发射，将油门指令、舵角指令，返航点指令按照规定频率下发至艇平台。
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