CN115686021A

CN115686021A - 一种海洋云雾观测无人艇

Info

Publication number: CN115686021A
Application number: CN202211412419.9A
Authority: CN
Inventors: 祁明浩; 李锋; 朱磊; 雷勇; 管飞
Original assignee: 716th Research Institute of CSIC
Current assignee: 716th Research Institute of CSIC
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-02-03

Abstract

本发明公开了一种海洋云雾观测无人艇，由艇体、态势感知系统、通信系统、导航系统、云雾观测系统、控制系统等组成，配备导航雷达、光学探测设备、激光雷达、卫星通信设备、GPS、北斗设备、惯导设备、测云雷达、测雾雷达以及控制设备。艇体为气象观测提供载体平台，态势感知系统保障无人艇的安全航行，通信系统保障岸艇间的数据通信，导航系统提供无人艇位置和姿态信息，云雾观测系统观测海上云雾信息，控制系统为无人艇计算中心，保障无人艇正常运行。该艇集成度高，可靠性强，具备任务规划、自主航行、自主云雾观测等能力，为远海气象观测提供可靠手段。

Description

一种海洋云雾观测无人艇

技术领域

本发明属于无人艇技术领域，特别是一种海洋云雾观测无人艇。

背景技术

随着无人艇的快速发展，无人艇用于日常的生产作业成为可能，并逐渐成为趋势。海上云雾的观测对海上船舶安全航行具有重大意义，但远海海况恶劣，一般的船舶和人员无法适应海上恶劣环境，现有观测手段无法满足海上云雾观测需求。因此需要一型高适航性、高可靠性的无人艇，用于执行远海云雾观测任务。现有无人艇方面的专利，无针对海洋云雾观测设计的无人艇。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的远海云雾观测难的问题，提供一种海洋云雾观测无人艇，该无人艇具备智能化程度高、适航性强、可靠性高等优点，可满足远海云雾观测需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种海洋云雾观测无人艇，由艇体、态势感知系统、通信系统、导航系统、云雾观测系统、控制系统等组成。艇体为气象观测提供载体平台，态势感知系统保障无人艇的安全航行，通信系统保障岸艇间的数据通信，导航系统提供无人艇位置和姿态信息，云雾观测系统观测海上云雾信息，控制系统为无人艇计算中心，保障无人艇正常运行。

进一步地，艇体采用双体艇型，双体艇型具有较高稳定性和操纵性，适应于高海况作业场景，船体包括平台系统、动力系统、电力系统、推进系统，态势感知系统包括导航雷达、光学探测设备、激光雷达，通信系统包括卫星通信设备，导航系统包括GPS、北斗设备、惯导设备，云雾观测系统包括测云雷达、测雾雷达，控制系统包括控制设备。

进一步地，导航雷达安装在上层建筑，用于探测无人艇周围障碍物，以及获取障碍物位置、航速、航向等信息，为无人艇航行避障提供信息支撑，光学探测设备安装在上层建筑最前端，负责搜索和跟踪障碍目标，进行障碍物识别，并可与导航雷达协同确认障碍物，激光雷达安装在艇艏部最前端，弥补导航雷达的盲区，负责无人艇进出港时近距离障碍物的精确探测；

进一步地，卫星通信设备安装在艇艉部，负责无人艇与岸基控制站之间的数据和视频等信息的传输，保证岸艇间的实时通信；GPS安装在艇艏部，负责无人艇的位置定位和航向测量，北斗设备也安装在艇艏部，与GPS冗余备份，惯导设备安装在艇的摇摆中心，负责测量无人艇的姿态信息；

进一步地，测云雷达安装在艇后甲板处，负责测量云底高、云的厚度、云的层数及能见度等信息，测雾雷达安装在艇的上层建筑，负责对不均匀大气能见度进行准确测量，得到能见度、团雾分布等信息。

进一步地，控制设备安装在控制舱内，负责全艇的信息处理和存储，具备任务规划、航路规划、载荷控制、图像处理等能力。

进一步地，艇载各设备通过以太网形式连接网络交换机，组成任务系统网络，各设备的信息交互通过任务系统网传输；态势感知系统通过网络发送目标信息、视频、数据至控制系统，并通过网络接收控制系统的控制信息；导航系统通过接口适配设备将串口信息转化为网络信息，并与网络交换机连接，通过网络向任务系统网络发送无人艇位置信息、姿态信息和时间信息；云雾观测系统通过网络发送气象数据至控制系统，并接收控制系统发送的控制信息；通信系统通过网络接收控制系统发送的气象观测数据，回传至岸基，并接收岸基发送的控制信息，转发至控制系统；控制系统通过网络发送控制信息至各艇上设备，并接收艇上设备的状态以及探测信息。

海洋云雾观测无人艇的运行流程为：在接收到云雾观测任务后，无人艇进行自检，各设备状态正常后，激光雷达探测近距离障碍物保障无人艇出港，在航行过程中，导航雷达和光学探测设备协同探测周围动态和静态障碍物，无人艇根据控制设备处理的态势信息进行避障，达到任务区后，无人艇自主控制测云雷达和测雾雷达，观测云雾信息，并将观测数据实时传输至岸基控制站，任务完成后，无人艇返航。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)该艇集成度高，搭载了态势感知设备、通信导航设备、控制设备以及云雾观测设备，信息获取手段全面可靠，在态势信息获取、导航信息保障、无线通信保障等方面具有较强能力，提高了无人艇远海作业可靠性和安全性。

2)该艇智能化程度高，艇载各设备直接或通过接口适配设备接入任务系统网络，采用统一的标准格式，使得信息交互便捷高效，有助于控制系统的智能化信息处理和载荷控制。该艇具备自主航行、自主云雾观测等能力，以此为远海气象观测提供可靠手段，并具有无人化水平高、自主能力强等特点，使得远海气象观测成为可能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为无人艇总布置图。

图2为无人艇系统组成图。

图3为无人艇任务系统集成及信息传输图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在一个实施例中，提供了一种海洋云雾观测无人艇，如图1和图2所示，无人艇由艇体1、态势感知系统、通信系统、导航系统、云雾观测系统、控制系统等组成。艇体采用双体艇型，包括平台系统、动力系统、电力系统、推进系统，态势感知系统包括导航雷达5、光学探测设备6、激光雷达9，通信系统包括卫星通信设备2，导航系统包括GPS7、北斗设备8、惯导设备10，云雾观测系统包括测云雷达3、测雾雷达4，控制系统包括控制设备11。

导航雷达5负责探测无人艇周围障碍物，以及获取障碍物位置、航速、航向等信息，为无人艇航行避障提供信息支撑；为保障导航雷达视野的开阔，将其安装至上层建筑，保证前方240°方位无遮挡。

光学探测设备6负责搜索和跟踪障碍目标，进行障碍物识别，并可与导航雷达协同确认障碍物，光学探测设备6需转动搜索障碍目标，为保障其视界范围，安装在上层建筑最前端。

激光雷达9负责无人艇进出港时近距离障碍物的精确探测，弥补导航雷达的盲区；激光雷达9探测距离较近，因此安装在艇艏部最前端。

卫星通信设备2负责无人艇与岸基控制站之间的数据和视频等信息的传输，保证岸艇间的实时通信；为保证其通信质量，卫星通信设备2安装在艇艉部。

GPS 7负责无人艇的位置定位和航向测量，为避免其他设备对其产生电磁干扰，将其安装在艇艏部，北斗设备8与GPS冗余备份，也安装在艇艏部，惯导设备10负责测量无人艇的姿态信息，为准确测量的无人艇姿态信息，将其安装在艇的摇摆中心，；

测云雷达3负责测量云底高、云的厚度、云的层数及能见度等信息，主要观测云，对前后视界无特殊要求，因此安装在艇后甲板处。

测雾雷达4负责对不均匀大气能见度进行准确测量，得到能见度、团雾分布等信息，将其安装在艇的上层建筑。

控制设备11负责全艇的信息处理和存储，具备任务规划、航路规划、载荷控制、图像处理等能力，将其安装在控制舱内。

结合图3，艇载各设备通过以太网形式连接网络交换机，组成任务系统网络，各设备的信息交互通过任务系统网传输；态势感知系统通过网络发送目标信息、视频、数据至控制系统，并通过网络接收控制系统的控制信息；导航系统通过接口适配设备将串口信息转化为网络信息，并与网络交换机连接，通过网络向任务系统网络发送无人艇位置信息、姿态信息和时间信息；云雾观测系统通过网络发送气象数据至控制系统，并接收控制系统发送的控制信息；通信系统通过网络接收控制系统发送的气象观测数据，回传至岸基，并接收岸基发送的控制信息，转发至控制系统；控制系统通过网络发送控制信息至各艇上设备，并接收艇上设备的状态以及探测信息。

海洋云雾观测无人艇的任务流程为：在接收到云雾观测任务后，无人艇进行自检，各设备状态正常后，激光雷达探测近距离障碍物保障无人艇出港，在航行过程中，导航雷达和光学探测设备协同探测周围动态和静态障碍物，无人艇根据控制设备处理的态势信息进行避障，达到任务区后，无人艇自主控制测云雷达和测雾雷达，观测云雾信息，并将观测数据实时传输至岸基控制站，任务完成后，无人艇返航。

本发明所提出的海洋云雾观测无人艇，具有艇集成度高，可靠性强等特点，具备任务规划、自主航行、自主云雾观测等能力，为远海气象观测提供可靠手段。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，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

1.一种海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述无人艇包括艇体以及部署于艇体上的态势感知系统、通信系统、导航系统、云雾观测系统和控制系统；

所述态势感知系统，用于探测障碍物目标，实现避障；

所述导航系统，用于实时探测无人艇的位置和姿态信息；

所述云雾观测系统，用于实时探测海上云雾信息；

所述控制系统，用于实现艇体的信息处理和存储，控制无人艇正常运行；

所述通信系统，用于实现无人艇与岸基控制站之间的实时通信。

2.根据权利要求1所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述态势感知系统包括导航雷达、光学探测设备、激光雷达；

所述导航雷达，用于探测无人艇周围障碍物，以及获取障碍物位置、航速、航向信息；

所述光学探测设备，用于搜索和跟踪障碍物目标，进行障碍物识别，并可与导航雷达协同确认障碍物；

所述激光雷达，用于实现无人艇进出港时近距离障碍物的探测。

3.根据权利要求2所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述导航雷达安装在上层建筑，所述光学探测设备安装在无人上层建筑最前端，所述激光雷达安装在无人艇艏部最前端。

4.根据权利要求1所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述通信系统包括卫星通信设备，安装在无人艇艉部，用于实现无人艇与岸基控制站之间的数据和视频信息的传输。

5.根据权利要求1所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述导航系统包括GPS、北斗设备、惯导设备；

所述GPS，用于测量无人艇的位置和航向；

所述北斗设备，与GPS冗余备份；

所述惯导设备，用于测量无人艇的姿态信息。

6.根据权利要求5所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述GPS和北斗设备安装在无人艇艏部，所述惯导设备安装在无人艇的摇摆中心。

7.根据权利要求1所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述云雾观测系统包括测云雷达、测雾雷达；

所述测云雷达，用于测量云底高、云的厚度、云的层数及能见度信息；

所述测雾雷达，用于测量不均匀大气能见度，得到能见度、团雾分布信息。

8.根据权利要求7所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，所述测云雷达安装在无人艇后甲板处，测雾雷达安装在无人艇的上层建筑；

所述控制系统安装在控制舱内，具备任务规划、航路规划、载荷控制、图像处理功能。

9.根据权利要求1所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，艇载各设备通过以太网形式连接网络交换机，组成任务系统网络，各设备的信息交互通过任务系统网传输；态势感知系统通过网络发送目标信息、视频、数据至控制系统，并通过网络接收控制系统的控制信息；导航系统通过接口适配设备将串口信息转化为网络信息，并与网络交换机连接，通过网络向任务系统网络发送无人艇位置信息、姿态信息和时间信息；云雾观测系统通过网络发送气象数据至控制系统，并接收控制系统发送的控制信息；通信系统通过网络接收控制系统发送的气象观测数据，回传至岸基，并接收岸基发送的控制信息，转发至控制系统；控制系统通过网络发送控制信息至各艇上设备，并接收艇上设备的状态以及探测信息。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的海洋云雾观测无人艇，其特征在于，在接收到云雾观测任务后，无人艇进行自检，各设备状态正常后，激光雷达探测近距离障碍物保障无人艇出港，在航行过程中，导航雷达和光学探测设备协同探测周围动态和静态障碍物，无人艇根据控制系统处理的态势信息进行避障，达到任务区后，无人艇自主控制测云雷达和测雾雷达，观测云雾信息，并将观测数据实时传输至岸基控制站，任务完成后，无人艇返航。