CN115102632A - 一种auv水下坞站非接触式通讯装置 - Google Patents

一种auv水下坞站非接触式通讯装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种AUV水下坞站非接触式通讯装置，属于AUV水下回收领域；包括水下坞站、通讯模块、信标、数据处理模块；通过所述水下坞站实现AUV的回收；通过设置于水下坞站上的信标对AUV的回收进行指引；所述通讯模块包括设置于水下坞站和AUV上的声、光通讯设备，AUV根据发出的声学定位信号和光学定位信号进行姿态调整，进而完成与水下坞站的对接，同时通过光引导的数据交互进行信息传递；通过所述数据处理模块完成水下坞站与上位机之间的的航行信息传输。本发明通过提出一种声光通讯与AUV水下回收技术相结合的水下坞站非接触式通讯装置，结合声学通讯传播距离远和光学通讯近距离传输精度高，传输速度快，功耗低的特点，声、光通讯结合实现AUV的水下通讯。

Description

一种AUV水下坞站非接触式通讯装置
技术领域
本发明属于AUV水下回收领域，具体涉及一种AUV水下坞站非接触式通讯装置。
背景技术
为了充分开发、利用和保护海洋环境资源，行动灵活、功能丰富、数据传输精确迅速且自身携带能源的水下自主航行器(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)现已广泛应用于水下资源勘测、水面与水下工程开发等方面。
AUV自身携带能源，工作时无需水面平台长期协同配合，通过自身装备的动力装置，可实现精确的定点探测和监测任务。但是受到电池技术的制约，AUV无法进行长时间的航行，并且在完成一个任务周期后，AUV需要进行数据上传和任务下载，因此需要岸上实验员与AUV建立通讯连接进行数据交互。
传统的非接触式水下通讯方式包括声学通讯与无线电通讯。现有技术中基于声学技术的水下通讯技术，由于声学通讯距离远，传输速率较慢功耗较大，AUV进行水下数据传输、水下对接的效率都很差；基于无线电技术的通讯技术，虽然无线电通讯技术发展的已经十分成熟，但是由于水下电磁波衰减很快，在进行数据传输时AUV必须浮出水面并且数据接收器必须离AUV很近，这就造成了通讯效率低、传输方式不稳定的问题。光学通讯是目前较为先进的非接触式水下通讯方式，光学通讯效率高，数据传输准确，适用于AUV的数据交互，但是由于海洋环境较为复杂，光传输易受到杂质干扰，引导距离有限。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种AUV水下坞站非接触式通讯装置，包括用于发出和接收光学信息的光通讯收发器，以及用于数据传输处理的水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱。所有的声通讯、光通讯装置都安装在水下坞站上，可以实现较为准确且迅速的水下信息传输，AUV不必浮出水面便可以进行与岸上的数据交互，传输稳定性得到了很大提高，并且数据传输完毕后可以提高AUV的水下工作效率；装置组成简单、布局合理、功耗低，具有良好的数据传输精度，能实现较为可靠的非接触式水下通讯。
本发明的技术方案是：一种AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：包括水下坞站、通讯模块、信标、数据处理模块；
通过所述水下坞站实现AUV的回收；
通过设置于水下坞站上的信标对AUV的回收进行指引；
所述通讯模块包括设置于水下坞站和AUV上的声、光通讯设备，AUV根据发出的声学定位信号和光学定位信号进行姿态调整，进而完成与水下坞站的对接，同时通过光引导的数据交互进行信息传递；
通过所述数据处理模块完成水下坞站与上位机之间的的航行信息传输。
本发明的进一步技术方案是：所述水下坞站为一端封闭的舱体结构，其回收入口设置有导向罩结构，便于AUV回收入舱。
本发明的进一步技术方案是：所述导向罩结构为喇叭状，其入口沿周向均布有信标。
本发明的进一步技术方案是：所述信标为光学定位灯，对称安装在喇叭口导向罩宽口的水平中轴线和垂直中轴线上。
本发明的进一步技术方案是：所述通讯模块包括坞站光通讯、AUV光通讯、声通讯收发器；其中AUV上搭载有接收声学定位信号的信号接收器和收发光学信息的AUV光通讯，分别通过水密接插件与AUV控制板和无线网卡相连；
所述水下坞站上搭载有坞站光通讯和声通讯收发器，用于与AUV的信号交互，以及与数据处理模块的信号传输。
本发明的进一步技术方案是：所述AUV光通讯安装在AUV的密封腔体内。
本发明的进一步技术方案是：所述坞站光通讯设置于靠近水下坞站头部位置。
本发明的进一步技术方案是：所述数据处理模块包括水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱，所述坞站光通讯通过光纤与水下坞站信号处理箱进行数据传输；水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱通过光纤进行数据传输。
本发明的进一步技术方案是：所述水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱具有密封箱体、USB接口模块、电源模块和水密接插件，保证光学信号的传输和长时间的工作时间。
本发明的进一步技术方案是：上位机通过USB接插件连接所述水上数据处理箱，进行数据存储、任务下达。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明将AUV的水下坞站非接触式通讯装置集中设计为一个整体模块，结构简单、变向灵活，易实现、易改装，不需要复杂昂贵的机械结构就可以进行AUV的水下通讯；光引导直接连入AUV的控制板，通过数据处理可以直接对AUV的位置姿态进行调整，以便高效完成AUV水下对接；水下坞站与AUV都具有光学引导和声学引导的收发装置，水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱可以对信号进行传输和处理，声学信号与光学信号结合，共同完成AUV和岸上的数据交互，极大的提升了信息传输速度和AUV工作效率。
本发明通过提出一种声光通讯与AUV水下回收技术相结合的水下坞站非接触式通讯装置，结合声学通讯传播距离远和光学通讯近距离传输精度高，传输速度快，功耗低的特点，声、光通讯结合实现AUV的水下通讯。水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱的相互连接解决的水上水下信息交互的问题，实验员可以通过电脑直接连接水上数据处理箱对AUV的航行数据进行下载，并且可以直接下达任务指令，不必让AUV浮出水面就可以实现对于AUV的操纵控制。在AUV水下回收坞站装置上安装了声光信号处理箱。相较于传统的单一的水下非接触式通讯回收装置，此声光通讯结合的水下通讯方式发明精度高、功耗较小，减小了AUV回收成本，具有很高的工程实用价值。
附图说明
图1AUV水下坞站对AUV回收过程及非接触式通讯装置工作示意图；
图2AUV水下坞站非接触式通讯装置侧视图；
图3AUV水下坞站非接触式通讯装置AUV光通讯细节图。
附图标记说明：1、水下坞站，2、坞站光通讯，3、AUV光通讯，4、水下坞站信号处理箱，5、水上数据处理箱，6、光纤，7、光学定位灯，8、声通讯收发器。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
结合图1至图3，本发明主要有三部分功能部件组成：一是AUV光通讯和声通讯收发装置；二是水下坞站光通讯、声通收发装置和水下坞站信号处理箱；三是水上数据处理箱。分别完成对于数据的发送、接收和处理。
参照图1、2所示，本实施例AUV水下坞站非接触式通讯装置固定于海底或安装于船体之上，整个装置包括水下坞站1、坞站光通讯2、AUV光通讯3、水下坞站信号处理箱4、水上数据处理箱5、光纤6、光学定位灯7、声通讯收发器8。
AUV光通讯3安装在AUV的密封腔体内，AUV光通讯3的水密接插件从密封腔体的前端盖伸入腔体内与AUV控制板和无线网卡相连；水下坞站1为传统导向罩式的AUV对接回收架，坞站光通讯2安装于导向罩回收架靠近头部的位置；坞站光通讯2与水下坞站信号处理箱4通过光纤进行数据传输，水下坞站信号处理箱4和水上数据处理箱5通过光纤进行数据传输；水下坞站信号处理箱4和水上数据处理箱5具有密封箱体、USB接口模块、电源模块和水密接插件，保证光学信号的传输和长时间的工作时间，对数据传输的稳定性起到了保障，岸上的上位机可以通过USB接插件连接水上数据处理箱5进行数据存储、任务下达。
其中，声通讯收发器8安装在水下坞站信号处理箱4中；光学定位灯7对称均匀的安装在喇叭口导向罩宽口的水平中轴线和垂直中轴线上。
所述AUV上搭载有用于接收声学定位信号的信号接收器和收发光学信息的AUV光通讯，AUV根据发出的声学定位信号和光学定位信号的到达时间差解算出自身位置与水下对接回收装置的相对偏差，进而根据该偏差控制自身上下左右移动以完成与水下对接回收装置的对接，同时通过光引导的数据交互，将AUV航行数据传递给水下坞站信号处理箱，通过光学引导传递信息、接受任务指令。
使用时，用水密接插件将数据处理箱与终端设备连接，接上终端设备后，可以通过控制模块对水下通讯器进行控制，如果不需要传输数据，可使水上水下数据处理箱处于休眠状态。需要传输数据时，在终端输入命令，唤醒数据处理箱，终端通过USB串口模块将数据传给数据箱，当水下坞站光引导、声通装置与AUV上的光通讯、声通讯装置相互靠近到一定的距离时，无线信道接通，数据传输程序将发送水下坞站信号处理箱中的数据传输到AUV上的光学引导和声通收发器上，AUV进行数据接收的同时，发送自身航行数据给水下坞站数据处理箱，数据传输是自动启动的，只要传输信道接通，就自动传输数据。AUV可以通过对收发信号和任务的分析处理改变自身航行姿态，既可以进行与水下坞站的对接，也可以变更航行路线，执行新的工作任务。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：包括水下坞站、通讯模块、信标、数据处理模块；
通过所述水下坞站实现AUV的回收；
通过设置于水下坞站上的信标对AUV的回收进行指引；
所述通讯模块包括设置于水下坞站和AUV上的声、光通讯设备，AUV根据发出的声学定位信号和光学定位信号进行姿态调整，进而完成与水下坞站的对接，同时通过光引导的数据交互进行信息传递；
通过所述数据处理模块完成水下坞站与上位机之间的的航行信息传输。
2.根据权利要求1所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述水下坞站为一端封闭的舱体结构，其回收入口设置有导向罩结构，便于AUV回收入舱。
3.根据权利要求2所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述导向罩结构为喇叭状，其入口沿周向均布有信标。
4.根据权利要求3所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述信标为光学定位灯，对称安装在喇叭口导向罩宽口的水平中轴线和垂直中轴线上。
5.根据权利要求1所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述通讯模块包括坞站光通讯、AUV光通讯、声通讯收发器；其中AUV上搭载有接收声学定位信号的信号接收器和收发光学信息的AUV光通讯，分别通过水密接插件与AUV控制板和无线网卡相连；
所述水下坞站上搭载有坞站光通讯和声通讯收发器，用于与AUV的信号交互，以及与数据处理模块的信号传输。
6.根据权利要求5所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述AUV光通讯安装在AUV的密封腔体内。
7.根据权利要求5所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述坞站光通讯设置于靠近水下坞站头部位置。
8.根据权利要求1所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述数据处理模块包括水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱，所述坞站光通讯通过光纤与水下坞站信号处理箱进行数据传输；水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱通过光纤进行数据传输。
9.根据权利要求8所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：所述水下坞站信号处理箱和水上数据处理箱具有密封箱体、USB接口模块、电源模块和水密接插件，保证光学信号的传输和长时间的工作时间。
10.根据权利要求9所述AUV水下坞站非接触式通讯装置，其特征在于：上位机通过USB接插件连接所述水上数据处理箱，进行数据存储、任务下达。
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