CN113253716A - 一种无人艇控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人艇控制系统。本发明实施例通过设置岸基控制模块以及在无人艇上设置无人艇系统，无人艇系统包括自动驾驶模块、信息采集模块、通信模块、动力推进模块以及任务模块；本发明实施例的无人艇控制系统通过各个模块之间的相互配合，使得无人艇控制系统能够满足执行多任务和使命的要求，解决了现有技术中无人艇功能单一的技术问题。

Description

一种无人艇控制系统

技术领域

本发明涉及无人艇领域，尤其涉及一种无人艇控制系统。

背景技术

无人水面艇技术研究与开发近几年得到不断的发展，而无人艇控制系统的集成构建是进行硬件体系和软件体系设计、运动控制算法开发的基础和前提。目前对无人艇的研究目前主要集中在自主航行、自动避障等某一方面技术的研究上，对无人艇远程控制及自主航行控制的运动控制系统组成和各子系统之间逻辑关系的集成设计研究较少。

新型先进的无人艇，需具备执行多任务和使命要求，要求在复杂海况环境下需具备自主导航、环境感知、自主航行、自主决策避障等先进技术能力。而目前的无人艇的运用主要用于内河、湖泊执行水质监测、水文气象探测，海上应急搜救等功能，由于无人艇的设备配置不高，无人艇控制系统的结构相对简单，导致功能单一，主要存在以下问题：

1、自主导航误差大：无人艇执行任务时，需提供精确的导航定位信息、航速信息、姿态航向信息等。现有无人艇控制系统导航定位信息的获取主要采用GPS导航设备，由于GPS信号更新频率低，信号传输过程存在折射与反射造成信号传播时间误差等问题，导致定位误差加大，对自主航迹跟踪产生影响。

2、通信覆盖范围小：现有无人艇控制系统通信方式主要采用简单的无线电台、无线宽带网络及无线射频遥控器等实现无人艇的远程通信及遥控监控，此种通信配置存在通信覆盖范围小，通信抗干扰性差问题，只能满足无人艇内河、近海的通信要求。当无人艇需执行深远海任务使命时，通信覆盖范围小限制了无人艇执行各种任务的最大范围。

3、环境目标感知识别能力差，影响自主在线避障决策：无人艇在自主航行过程要实现自动避障的前提是具备对周围环境目标障碍的感知和识别能力，现有无人艇控制系统环境目标感知识别的方式主要通过传统船舶导航雷达和摄像头监视设备，而导航雷达和摄像头监视设备对小型动态目标探测能力有限，对快速回转目标准确度搜索和跟踪精度不高，在霾、雨、雪杂波环境中对目标的探测距离进一步降低。这些环境目标感知识别的缺陷，会导致无人艇在高速航行过程中无法实现准确障碍目标识别和自主在线避碰决策或轨迹规划，无法根据当前环境的变化对初始路径进行在线调整，导致无人艇碰撞或者倾覆的危险。

综上所述，现有技术中的无人艇设备配置不高，控制系统结构简单，导致无人艇存在着功能单一的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种无人艇控制系统，本发明提供的无人艇控制系统所包含的模块多样，使得无人艇能够实现多样化的功能。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无人艇控制系统，包括岸基控制模块以及安装在无人艇上的无人艇系统，所述无人艇系统包括自动驾驶模块、信息采集模块、通信模块、动力推进模块以及任务模块；

所述信息采集模块用于采集所述无人艇的行进过程中的航行信息；

所述通信模块用于通过无线方式实现所述无人艇系统和所述岸基控制模块的之间的数据传输；

所述动力推进模块用于对所述无人艇的航速以及航向进行控制，以及为所述无人艇系统供电；

所述自动驾驶模块用于接收通信模块发送的航行路径，根据所述航行信息对所述动力推进模块进行控制；或用于，接收所述通信模块的发送的控制指令，根据所述控制指令对所述动力推进模块进行控制；以及用于，接收所述通信模块发送的任务指令，根据所述任务指令对任务模块进行控制，以及用于，将所述航行信息发送至所述通信模块；

所述岸基控制模块用于生成所述航行路径或所述控制指令，将所述航行路径或所述控制指令发送至所述通信模块，以及用于生成任务指令，将所述任务指令发送至通信模块，以及用于接收通信模块发送的所述航行信息并进行可视化；

所述任务模块用于根据任务指令执行相应的作业。

优选的，所述信息采集模块包括导航模块、环境感知模块以及传感器模块；所述航行信息包括导航信息、障碍信息以及环境信息；

所述导航模块用于实时获取所述无人艇的导航信息，将所述导航信息发送至所述自动驾驶模块；

所述环境感知模块用于获取所述无人艇周围的障碍信息，将所述障碍信息发送至所述自动驾驶模块；

所述传感器模块用于采集无人艇的环境信息，将所述环境信息发送至所述自动驾驶模块中。

优选的，所述导航模块包括定位信息融合单元、航行状态信息单元、水深信息单元以及船舶航行状态信息单元；

所述定位信息融合单元用于采集所述无人艇的位移信息以及GNSS定位信息，将所述位移信息以及所述GNSS定位信息进行融合，得到融合定位信息；

所述航行状态信息单元用于获取所述无人艇的第一航行状态信息；

所述水深单元用于获取水深信息；

所述船舶航行状态信息单元用于获取所述无人艇周围船舶的第二航行状态信息；

所述导航模块将所述融合定位信息、所述第一航行状态信息、所述第二航行状态信息以及所述水深信息作为所述导航信息发送至所述自动驾驶模块中。

优选的，所述定位信息融合单元还包括卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器用于将所述位移信息以及所述GNSS定位信息进行融合，得到融合定位信息。

优选的，所述环境感知模块包括环境感知信息子单元以及全景监视单元；

所述环境感知信息子单元用于采集所述无人艇周围的障碍物雷达位置信息以及生成所述无人艇周围障碍物的纵深视图，将所述障碍物雷达位置信息以及所述纵深视图进行融合，生成环境感知信息；

所述全景监视单元用于生成所述无人艇周围的视频图像信息；

所述环境感知信息子单元用于将所述环境感知信息以及所述视频图像信息作为障碍信息发送至所述自动驾驶模块中。

优选的，所述传感器模块用于采集所述无人艇的外部环境信息以及内部环境信息，将所述外部环境信息以及内部环境信息作为所述环境信息发送至所述自动驾驶模块中。

优选的，所述动力推进模块包括航速航向控制单元以及供电单元；

所述航速航向控制单元用于对所述无人艇的航速以及航向进行控制；

所述供电单元用于为所述无人艇系统进行供电。

优选的，所述通信模块包括无线宽带单元、北斗短报文通信单元以及铱星通信单元。

优选的，所述任务模块包括侦察模块、水文气象探测模块以及海上搜救模块；

所述侦察模块用于执行侦察作业；

所述水文气象探测模块用于执行水文气象探测作业；

所述海上搜救模块用于执行海上搜救作业。

优选的，所述岸基控制模块包括信息综合监控系统以及显示模块；

所述信息综合监控系统用于生成所述航行路径或所述控制指令，将所述航行路径或所述控制指令发送至所述通信模块，以及用于生成任务指令，将所述任务指令发送至通信模块；

所述显示模块用于接收所述通信模块发送的所述导航信息、所述障碍信息以及所述环境信息并进行可视化。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

1、本发明实施例通过设置岸基控制模块以及在无人艇上设置无人艇系统，无人艇系统包括自动驾驶模块、信息采集模块、通信模块、动力推进模块以及任务模块；无人艇控制系统通过各个模块之间的相互配合，使得无人艇控制系统能够满足执行多任务和使命的要求，解决了现有技术中无人艇功能单一的技术问题。

2.本发明实施例提供的无人艇控制系统中的导航模块通过采集无人艇的位移信息以及GNSS定位信息，并将位移信息以及GNSS定位信息进行融合，利用位移信息以及GNSS定位信息各自的优缺点，从而得到了精确的导航定位信息及姿态航向信息。

3.本发明实施例提供的无人艇控制系统中的通信模块包括了无线宽带单元、北斗短报文通信单元以及铱星通信单元，通过多种通信方式相组合的方式，使得通信模块的通信范围广，能满足内河、近海及远海执行任务作业可靠通信要求，实现岸基控制模块与无人艇系统的实时无线通信。

4.本发明实施例提供的无人艇控制系统中的环境感知信息子单元通过采集所述无人艇周围的障碍物雷达位置信息以及生成所述无人艇周围障碍物的纵深视图，将所述障碍物雷达位置信息以及所述纵深视图进行融合，生成环境感知信息；实现了雷达位置信息以及纵深视图的联动，大幅提高目标搜索和跟踪的速度和精度。

附图说明

图1：为本发明实施例提供的一种无人艇控制系统的结构示意图。

图2：为本发明实施例提供的一种无人艇控制系统的结构示意图。

图3：为本发明实施例提供的一种无人艇控制系统的无人艇结构示意图。

图4：为本发明实施例提供的卡尔曼滤波器的工作原理图。

图5：为本发明实施例提供的通信模块的拓扑结构图。

图6:为本发明实施例提供的岸基控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，为本发明实施例提供的一种无人艇控制系统，包括岸基控制模块以及安装在无人艇上的无人艇系统，无人艇系统包括自动驾驶模块、信息采集模块、通信模块、动力推进模块以及任务模块。

所述信息采集模块用于采集所述无人艇的行进过程中的航行信息；

所述通信模块用于通过无线方式实现所述无人艇系统和所述岸基控制模块的之间的数据传输；

所述动力推进模块用于对所述无人艇的航速以及航向进行控制，以及为所述无人艇系统供电；

所述自动驾驶模块用于接收通信模块发送的航行路径，根据所述航行信息对所述动力推进模块进行控制；或用于，接收所述通信模块的发送的控制指令，根据所述控制指令对所述动力推进模块进行控制；以及用于，接收所述通信模块发送的任务指令，根据所述任务指令对任务模块进行控制，以及用于，将所述航行信息发送至所述通信模块；

所述岸基控制模块用于生成所述航行路径或所述控制指令，将所述航行路径或所述控制指令发送至所述通信模块，以及用于生成任务指令，将所述任务指令发送至通信模块，以及用于接收通信模块发送的所述航行信息并进行可视化；

所述任务模块用于根据任务指令执行相应的作业。其中，需要进一步说明的是，任务模块通过搭载不同功能作业模块，保证无人艇在各种复杂环境下执行侦察、水文气象探测、海上搜救等任务。

本发明实施例通过设置岸基控制模块以及在无人艇上设置自动驾驶模块、环境感知模块、导航模块、通信模块、传感器模块、动力推进模块以及任务模块；本发明实施例的无人艇控制系统通过各个模块之间的相互配合，使得无人艇控制系统能够满足执行多任务和使命的要求，解决了现有技术中无人艇功能单一的技术问题。

实施例2

如图1、图2所示，本发明实施例提供的一种无人艇控制系统，包括岸基控制模块以及安装在无人艇上的无人艇系统，其中无人艇的结构如图3所示，无人艇系统包括自动驾驶模块、环境感知模块、导航模块、通信模块、传感器模块、动力推进模块以及任务模块。

导航模块用于实时获取无人艇的导航信息，将导航信息发送至自动驾驶模块，从而在无人艇执行任务时，为自动驾驶模块提供精确的导航定位信息、航速信息、姿态航向信息等。

导航模块包括定位惯性导航单元(IMU)、GNSS卫星定位导航单元、卡尔曼滤波器、AIS设备、多普勒计程仪以及回声测深仪。

由于GPS信号更新频率低，信号传输过程存在折射与反射造成信号传播时间误差，导致定位误差加大。而惯性导航单元(IMU)主要由三个轴加速度传感器以及三个轴的陀螺仪组成，作为高频传感器，可以在短时间内实时提供物体在三维空间内的位移信息，但随着时间推移及温度变化等，惯性导航单元也存在误差累积加大问题。

因此，本实施例基于惯性导航单元与GNSS卫星定位导航单元各自的优缺点，采用惯性导航单元和卫星定位终端GNSS组合导航方式，以惯性导航单元为主体，采用卡尔曼滤波器实现位移信息与GNSS定位信息的融合得到融合定位信息，从而获取精确的导航定位信息及姿态航向信息。

卡尔曼滤波器可以从一组有限的、包含噪声的物体位置的观察序列预测出物体的位置坐标及速度。它具有很强的鲁棒性，即使对物体位置的观测有误差，根据物体历史状态与当前对位置的观测，也可以较准确地推算出物体的位置。卡尔曼滤波器运行时主要分两个阶段：预测阶段基于上个时间点的位置信息去预测当前的位置信息；更新阶段通过当前对物体位置的观测去纠正位置预测，从而更新物体位置信息。如图4所示，在得到新的GNSS定位信息前，只能通过积分惯性传感器的数据在上一次位置估算的基础上，使用惯性导航单元对当前的位置进行实时预测。但惯性导航单元(IMU)的定位误差会随着运行时间增长，所以当接收到新的比较精准的GNSS定位信息时，使用精准的GNSS定位信息对当前的位置预测进行更新。通过不断地执行这两个步骤，取两者所长，对无人艇进行准确实时定位。假设惯性导航单元的频率是1KHz，而GNSS卫星定位导航单元的频率是10Hz，那么每两次GPS更新之间，使用100个惯性导航单元的数据点进行位置预测。

多普勒计程仪用于获取无人艇的第一航行状态信息，即无人艇的仪获取无人艇速度和航程信息。

回声测深仪用于获取水深信息，并提供浅水报警信息。

AIS设备用于获取无人艇周围船舶的第二航行状态信息，即无人艇周围船舶的身份信息及航行状态信息。

导航模块将融合定位信息、第一航行状态信息、第二航行状态信息以及水深信息作为导航信息发送至自动驾驶模块中。

环境感知模块用于获取无人艇周围的障碍信息，将障碍信息发送至自动驾驶模块；由于无人艇在自主航行过程要实现自动避障的前提是具备对周围环境目标障碍的感知和识别能力，因此设置环境感知模块用于感知无人艇周围的障碍信息，为自主航行和自主避障决策管理提供依据。

其中，环境感知模块包括环境感知信息子单元以及全景监视单元。

环境感知信息子单元包括ARPA雷达以及光电视觉传感器。

ARPA雷达是传统船舶30海里内远距离探测的主要工具，用于采集无人艇周围的障碍物雷达位置信息，能够提供全天候、全域的图像，具有高分辨率和精确度。主要提供目标的雷达图像视频信息，目标的运动态势分析数据，目标与无人艇即将相遇目标距离、时间等信息。缺陷是对快速回转目标准确度受一定影响，对小型动态目标探测能力有限。对于无人艇而言，由于ARPA雷达安装高度较低，一般距水面2米，对7米小型无人艇的发现距离一般在3海里左右。如两艘无人艇以30节的速度相向而行，从发现到目标相遇的时间只有3分钟。如果海况恶劣，浪高大，海杂波影响显著，探测距离将进一步降低。

光电视觉传感器用于生成无人艇周围障碍物的纵深视图，光电视觉传感器采用红外热成像和可见光全景成像融合技术，生成无人艇前方和周边障碍物的纵深视图。光电视觉传感器在低角情景下，不受镜面效应或天线扫掠的影响，能够很好地解决低角度跟踪问题。和ARPA雷达相比，光电视觉传感器能够较好地对付慢速运动目标、反射截面积小的目标和雾、霾、雨、雪杂波环境中的目标。

环境感知系统采用光电视觉传感器与ARPA雷达两类传感器来获取障碍物图像和点迹数据，以弥补单一传感器对障碍物检测率低、效率低、鲁棒性差等不足问题。对将障碍物雷达位置信息以及纵深视图进行融合，生成环境感知信息的具体过程为：

(1)实现光电视觉传感器采集的数据与ARPA雷达采集的数据格式统一。

为了使不同传感器之间能够进行融合,需要将各个传感器不同的数据形式进行统一，目前较为常用的环境表示方法是将目标障碍的属性信息表示为目标列表的形式。将ARPA雷达与光电视觉传感器获得的障碍物方位，距离，航速，航向等信息，建立目标信息列表，实现传感器采集数据格式统一，来获得对周围环境的描述。

(2)实现光电视觉传感器采集的数据与ARPA雷达采集的数据时间同步。

环境感知信息子单元对数据进行融合的一个难点是需要把光电视觉传感器以及ARPA雷达的时间统一到参考标准时间上，即进行时间同步。目前广泛使用的时间同步协议是NTP(Network Time Protocal)协议，基于以太网的时间同步算法，利用网络上的数据交换来估计网络数据传输的延时，从而估计计算机之间的时钟偏差。

(3)实现光电视觉传感器采集的数据与ARPA雷达采集的数据空间标定对准。

为了进行融合操作，要将光电视觉传感器采集的数据与ARPA雷达采集的数据进行空间对准，实现不同设备表示的一致。由于不同设备表示方法不同，分辨率不一致，导致了在融合中数据对准的困难。拟通过标定的方法解决ARPA雷达和光电视觉传感器之间的数据对准问题,将数据对准分解为两个独立的标定过程，并将这两个标定过程通过可控平面约束模板联系起来，解决ARPA雷达和光电视觉传感器之间异类数据空间对准问题。

当ARPA雷达本身同无人艇的安装关系固定后，由ARPA雷达扫描获得的数据点可以在三维世界坐标系中得到唯一的位置。光电视觉传感器完成的是由三维世界坐标到两维图像坐标的变换，对于三维世界坐标系的一个点，两维图像只存在唯一的一个像素点与之对应。因此，由三维空间坐标得到的两维图像坐标也是唯一的。

全景监视单元用于生成无人艇周围的视频图像信息；全景监控单元提供实时高分辨、宽广监测范围的视频图像信息，为无人艇远程遥控、监测及有人驾驶提供周围视频图像信息。

通信模块用于通过无线方式实现无人艇系统和岸基控制模块的之间的数据传输。通信模块包括无线宽带单元、北斗短报文通信单元以及铱星通信单元。如图5所示，无线宽带单元包括岸基无线带宽设备、岸基交换机、艇端无线带宽设备以及艇端交换机，岸基无线带宽设备与艇端无线带宽设备之间通过有线网络相连接，岸基无线带宽设备与岸基交换机之间通过有线网络相连接，艇端无线带宽设备与艇端交换机之间通过有线网络相连接，岸基交换与岸基控制模块通过有线网络相连接，艇端交换机与自动驾驶模块之间通过有线网络相连接。铱星通信单元包括岸基铱星卫星设备以及艇端铱星卫星设备，岸基铱星卫星设备与岸基控制模块相连接，艇端铱星卫星设备与岸基控制模块相连接。北斗短报文通信单元包括岸基北斗显控单元、岸基北斗接收机、岸基以太网路由器、艇端北斗显控单元、艇端北斗接收机以及艇端以太网路由器，岸基以太网路由器分别与岸基北斗显控单元以及岸基北斗接收机相连接，艇端以太网路由器分别与艇端北斗显控单元以及艇端北斗接收机相连接。

通信模块作为无人艇系统与岸基控制站实现远程监测及遥控的关键桥梁，可靠的通信范围就是无人艇系统执行各种任务的最大范围，为满足无人艇近岸及远海的无线通信要求，采用无线宽带网络、北斗短报文通信与铱星低速网络组合方式，实现岸基与无人艇的实时无线通信。

近岸时，借助岸基控制系统和无人艇架设的天线，通过无线宽带网络实现与无人艇通信，用于无人艇预置使命和数据下载。远海时，利用北斗短报文与岸基控制系统实现通信；此外，利用铱星卫星建立低速网络，通过岸基控制系统实现基本的控制指令远程收发。

传感器模块用于采集无人艇的环境信息，将环境信息发送至自动驾驶模块中；传感器模块是无人艇的环境信息采集的重要手段，通过采集无人艇的环境信息为无人艇的故障检测、应急处理以及安全航行提供保障支持。

在本实施例中，传感器模块包括气象仪、漏水检测传感器以及火灾探测器。

气象仪用于采集无人艇航行环境风向、风速、气压等外部环境信息；漏水检测传感器用于监测重点区域如机舱、推进器舱漏水信息；火灾探测器用于监测关键部位烟雾火灾情况。上述传感器通过串口或总线方式将采集信息传递给自动驾驶模块，自动驾驶模块通过无线宽带网络或卫星通信以太网技术将外部环境信息以及内部环境信息给岸基控制模块从而进行远程监控，为故障检测及应急处理、安全航行提供保障支持。

动力推进模块用于对无人艇的航速以及航向进行控制，以及为无人艇系统供电，动力推进模块包括航速航向控制单元以及供电单元；

航速航向控制单元用于对无人艇的航速以及航向进行控制，在本实施例中，航速航向控制单元包括控制单元、柴油机、柴油机控制器、喷水推进器、喷泵控制器；柴油机通过岸基控制模块从而实现远程启动及远程遥控功能，岸基控制模块通过卫星通信网络系统发送远程控制指令至自动驾驶模块，自动驾驶模块运行控制算法，并通过串口通讯方式将远程控制命令传递给控制单元，由控制单元向柴油机控制器、喷水泵控制器分别发送控制信号给柴油机以及喷水推进器，控制柴油机油门开度及喷水推进器的喷口转向，实现无人艇的航速以及航向调节。同时控制单元将采集到的柴油机油门开度、喷口开度方向、航速等信息通过串口传递给自动驾驶模块，自动驾驶模块通过卫星通信以太网技术将采集到的设备状态实时信息传递给岸基控制模块用于监测显示及远程遥控。

供电单元用于为无人艇系统进行供电，供电单元包括柴油发电机组、直流母排配电板、浮充式充放电板及蓄电池组，由于无人艇上的电子设备如导航模块及通信模块因在发电系统短时故障仍需继续保证工作状态，所以供电单元采用蓄电池浮充形式充放电板，保证无人艇在失电情况下重要电子设备的可靠安全运行，直流母排配电板同时用于无人艇上其他设备如照明系统等的供电。

任务模块用于根据任务指令执行相应的作业；无人艇控制系统采用模块化设计方式，任务模块通过搭载不同功能作业模块，保证无人艇在各种复杂环境下执行侦察、水文气象探测、海上搜救等任务。

任务模块包括侦察模块、水文气象探测模块以及海上搜救模块。

侦察模块用于执行侦察作业。

水文气象探测模块用于执行水文气象探测作业，例如在船底下搭载水文测量仪器和设备，实现水文气象探测任务。

海上搜救模块用于执行海上搜救作业。

自动驾驶模块用于接收岸基控制模块发送的航行路径，根据对航行路径、位置信息、障碍信息对动力推进模块进行控制，实现自主航行、自动避障功能；或用于，接收岸基控制模块的发送的控制指令，根据控制指令对动力推进模块进行控制，从而实现无人艇的远程遥控；以及用于，接收岸基控制模块发送的任务指令，根据任务指令对任务模块进行控制，以使任务模块执行相应的作业；以及用于，将导航信息、障碍信息以及环境信息发送至岸基控制模块；在本实施例中，自动驾驶模块为自动驾驶控制计算机。

岸基控制模块用于生成航行路径或控制指令，将航行路径或控制指令发送至自动驾驶模块，以及用于生成任务指令，将任务指令发送至自动驾驶模块，以及用于接收自动驾驶模块发送的位置信息以及环境信息并进行可视化。

在本实施例中，如图6所示，岸基控制模块包括信息综合监控系统、电子海图系统、雷达显示系统和视频监控系统。岸基控制模块通过无线宽带网络技术及卫星通信技术，结合艇上自动驾驶控制计算机，可实现发送远程遥控命令。

通过电子海图自主航行路径设定及加载，生成航行路径或控制指令并发送到自动驾驶模块中，并接受自动驾驶模块发送的导航信息在雷达信息显示系统进行可视化，将障碍信息在视频监控系统上进行可视化，并实时接收环境信息对无人艇设备及系统的实时状态进行监测及显示。

其中，需要进一步说明的是，在自主航行控制模式下，岸基控制模块通过在电子海图系统上绘制无人艇的航行路径，通过无线网络串口或卫星通信以太网技术加载规划好的航行路径发送给自动驾驶控制计算机，自动驾驶控制计算机根据对航行路径、位置信息、障碍信息对动力推进模块进行控制，传递相应控制指令给控制单元对航向航速自动控制，实现自主航行、自动避障功能。

在手动远程控制模式下，自动驾驶控制计算机通过无线网络串口或卫星通信以太网技术接收岸基控制模块发送的控制指令，通过串口通讯方式将控制指令传递给控制单元实现对喷水推进器航速、航向控制，以及实现对柴油发电机组远程启停控制等功能。

在无人艇行进的过程中，自动驾驶控制计算机通过总线或串口通讯方式实时采集无人通过艇上各种设备及传感器状态信息，例如导航信息、障碍信息以及环境信息，通过无线网络串口或卫星通信以太网技术传递给岸基控制模块，进行远程信息显示及监控。

在应急情况下，可发送控制指令给自动驾驶控制计算机，并通过控制单元传递油门开度、喷口方向指令给柴油机控制器及喷泵控制器，结合信息综合监控系统、电子海图系统以及视频显示系统实现有人驾驶操作。

本发明实施例通过设置岸基控制模块以及在无人艇上设置自动驾驶模块、环境感知模块、导航模块、通信模块、传感器模块、动力推进模块以及任务模块；本发明实施例的无人艇控制系统通过各个模块之间的相互配合，使得无人艇控制系统能够满足执行多任务和使命的要求，解决了现有技术中无人艇功能单一的技术问题。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人艇控制系统，其特征在于，包括岸基控制模块以及安装在无人艇上的无人艇系统，所述无人艇系统包括自动驾驶模块、信息采集模块、通信模块、动力推进模块以及任务模块；

所述信息采集模块用于采集所述无人艇的行进过程中的航行信息；

所述通信模块用于通过无线方式实现所述无人艇系统和所述岸基控制模块的之间的数据传输；

所述动力推进模块用于对所述无人艇的航速以及航向进行控制，以及为所述无人艇系统供电；

所述自动驾驶模块用于接收通信模块发送的航行路径，根据所述航行信息对所述动力推进模块进行控制；或用于，接收所述通信模块的发送的控制指令，根据所述控制指令对所述动力推进模块进行控制；以及用于，接收所述通信模块发送的任务指令，根据所述任务指令对任务模块进行控制，以及用于，将所述航行信息发送至所述通信模块；

所述岸基控制模块用于生成所述航行路径或所述控制指令，将所述航行路径或所述控制指令发送至所述通信模块，以及用于生成任务指令，将所述任务指令发送至通信模块，以及用于接收通信模块发送的所述航行信息并进行可视化；

所述任务模块用于根据任务指令执行相应的作业。

2.根据权利要求1所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述信息采集模块包括导航模块、环境感知模块以及传感器模块；所述航行信息包括导航信息、障碍信息以及环境信息；

所述导航模块用于实时获取所述无人艇的导航信息，将所述导航信息发送至所述自动驾驶模块；

所述环境感知模块用于获取所述无人艇周围的障碍信息，将所述障碍信息发送至所述自动驾驶模块；

所述传感器模块用于采集无人艇的环境信息，将所述环境信息发送至所述自动驾驶模块中。

3.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述导航模块包括定位信息融合单元、航行状态信息单元、水深信息单元以及船舶航行状态信息单元；

所述定位信息融合单元用于采集所述无人艇的位移信息以及GNSS定位信息，将所述位移信息以及所述GNSS定位信息进行融合，得到融合定位信息；

所述航行状态信息单元用于获取所述无人艇的第一航行状态信息；

所述水深单元用于获取水深信息；

所述船舶航行状态信息单元用于获取所述无人艇周围船舶的第二航行状态信息；

所述导航模块将所述融合定位信息、所述第一航行状态信息、所述第二航行状态信息以及所述水深信息作为所述导航信息发送至所述自动驾驶模块中。

4.根据权利要求3所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述定位信息融合单元还包括卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器用于将所述位移信息以及所述GNSS定位信息进行融合，得到融合定位信息。

5.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述环境感知模块包括环境感知信息子单元以及全景监视单元；

所述环境感知信息子单元用于采集所述无人艇周围的障碍物雷达位置信息以及生成所述无人艇周围障碍物的纵深视图，将所述障碍物雷达位置信息以及所述纵深视图进行融合，生成环境感知信息；

所述全景监视单元用于生成所述无人艇周围的视频图像信息；

所述环境感知信息子单元用于将所述环境感知信息以及所述视频图像信息作为障碍信息发送至所述自动驾驶模块中。

6.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述传感器模块用于采集所述无人艇的外部环境信息以及内部环境信息，将所述外部环境信息以及内部环境信息作为所述环境信息发送至所述自动驾驶模块中。

7.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述动力推进模块包括航速航向控制单元以及供电单元；

所述航速航向控制单元用于对所述无人艇的航速以及航向进行控制；

所述供电单元用于为所述无人艇系统进行供电。

8.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述通信模块包括无线宽带单元、北斗短报文通信单元以及铱星通信单元。

9.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述任务模块包括侦察模块、水文气象探测模块以及海上搜救模块；

所述侦察模块用于执行侦察作业；

所述水文气象探测模块用于执行水文气象探测作业；

所述海上搜救模块用于执行海上搜救作业。

10.根据权利要求2所述的一种无人艇控制系统，其特征在于，所述岸基控制模块包括信息综合监控系统以及显示模块；

所述信息综合监控系统用于生成所述航行路径或所述控制指令，将所述航行路径或所述控制指令发送至所述通信模块，以及用于生成任务指令，将所述任务指令发送至通信模块；

所述显示模块用于接收所述通信模块发送的所述导航信息、所述障碍信息以及所述环境信息并进行可视化。

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