CN116125899A - 跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质，该系统包括：通信单元，用于接收岸基站发送的跨域控制指令；决策单元，用于解析跨域控制指令，确定跨介质航行器的第一航行模态和第二航行模态；信息感知单元，用于获取第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息；决策单元还用于基于航行状态参数信息，确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；执行单元，用于根据状态调整参数，调整跨介质航行器的航行状态，以使跨介质航行器向目标点航行。根据本申请实施例，不论跨介质航行器处在何种航行模态，都能通过确定执行机构的状态调整参数实现多次重复跨越水空界面，从而提高了跨域环境下跨介质航行器的适应性。

Description

跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质

技术领域

本申请属于航行器控制领域，尤其涉及一种跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

跨介质航行器是一类能够在两种不同介质下运动的新概念航行器，突破了传统航行器在单一介质的场景限制，能够在不同介质环境中完成指定任务。

目前，跨介质航行器跨域控制技术研究当中，主要通过控制跨介质航行器的多旋翼结构实现在两种不同介质下的航行，或者采用不同的控制系统实现跨介质航行器的上浮下潜等，但这些控制方法对外界环境的干扰较为敏感，难以多次重复跨越水空界面，导致在跨域环境下跨介质航行器的适应性不高。

发明内容

本申请实施例提供了一种跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质，不论跨介质航行器当前处在何种航行模态，都能够通过确定执行机构的状态调整参数实现多次重复跨越水空界面，从而提高了跨域环境下跨介质航行器的适应性。

第一方面，本申请实施例提供了一种跨介质航行器的跨域控制系统，该系统包括：

通信单元，与决策单元通过预设串口连接，用于接收岸基站发送的跨域控制指令，并将跨域控制指令发送给决策单元；

决策单元，用于解析跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

信息感知单元，与决策单元通过预设网口和预设串口连接，用于分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息；

决策单元，还用于基于跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

执行单元，与决策单元通过控制器局域网络连接，用于根据每个执行机构的状态调整参数，调整跨介质航行器的航行状态，以使跨介质航行器向目标点航行。

第二方面，本申请实施例提供了一种跨介质航行器的跨域控制方法，应用于第一方面所述的跨域控制系统，该方法包括：

通过通信单元，接收岸基站发送的跨域控制指令；

利用决策单元解析通信单元发送跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

通过信息感知单元，分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息；

基于跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，利用决策单元确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

根据每个执行机构的状态调整参数，利用执行单元调整跨介质航行器的航行状态，以使跨介质航行器向目标点航行。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

处理器执行计算机程序指令时实现如第二方面所述的跨介质航行器的跨域控制方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第二方面所述的跨介质航行器的跨域控制方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，电子设备能够执行如第二方面所述的跨介质航行器的跨域控制方法。

本申请实施例的跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质，通过信息感知单元、通信单元、决策单元、执行单元的协调配合，接收并解析岸基站发送的跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态，并分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，以根据航行状态参数信息确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数，从而调整跨介质航行器的航行状态，使跨介质航行器向目标点航行。基于此，当接收到跨域控制指令时，通过对比跨介质航行器在当前所处第一航行模态与跨域控制指令所对应的第二航行模态下的航行状态参数信息变化，得到跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数，以根据每个执行机构的状态调整参数调整航行状态，以使跨介质航行器到达目标点，完成跨域航行任务。由此，不论跨介质航行器处在何种航行模态，都能够通过确定执行机构的状态调整参数实现多次重复跨越水空界面，从而提高了跨域环境下跨介质航行器的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种跨介质航行器的跨域控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种跨介质航行器的跨域控制方法的流程示意图；

图3（a）是本申请实施例提供的一种空中至水下跨域运动时跨介质航行器的运动状态示意图；

图3（b）是本申请实施例提供的一种水下至空中跨域运动时跨介质航行器的运动状态示意图；

图4（a）是本申请实施例提供的一种在水下航行模态下航行时跨介质航行器垂直面方向投影的运动状态示意图；

图4（b）是本申请实施例提供的一种在水下航行模态下航行时跨介质航行器水平面方向投影的运动状态示意图；

图5（a）是本申请实施例提供的一种在水面航行模态下航行时跨介质航行器垂直面方向投影的运动状态示意图；

图5（b）是本申请实施例提供的一种在水面航行模态下航行时跨介质航行器水平面方向投影的运动状态示意图；

图6（a）是本申请实施例提供的一种在空中航行模态下航行时跨介质航行器垂直面方向投影的运动状态示意图；

图6（b）是本申请实施例提供的一种在空中航行模态下航行时跨介质航行器水平面方向投影的运动状态示意图；

图7（a）是本申请实施例提供的一种跨介质航行器的空翼展开示意图；

图7（b）是本申请实施例提供的一种跨介质航行器的水翼展开示意图；

图7（c）是本申请实施例提供的一种跨介质航行器的空翼、水翼收缩示意图；

图8是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

跨介质航行器是一类能够在两种不同介质下运动的新概念航行器，其突破了传统航行器在单一介质的作战场景限制，能够在不同介质环境中完成指定的作战任务，相较于传统的航行器能够更快适应更加复杂的海洋作业环境。

目前，跨介质航行器的跨域控制系统主要面临的问题在于如何克服难以多次重复跨越水空界面的技术问题，充分发挥跨介质航行器的多模态作业优势，以使跨介质航行器在不同航行模态下分别执行水下任务、水面任务、空中任务，从而提高在跨域环境下跨介质航行器的适应性。为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种跨介质航行器的跨域控制系统、方法、设备及存储介质。下面首先对本申请实施例所提供的跨介质航行器的跨域控制系统进行介绍。

图1示出了本申请实施例提供的一种跨介质航行器的跨域控制系统的结构示意图。如图1所示，该跨域控制系统100具体包括如下单元：

通信单元101，与决策单元102通过预设串口连接，用于接收岸基站发送的跨域控制指令，并将跨域控制指令发送给决策单元102；

决策单元102，用于解析跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

信息感知单元103，与决策单元102通过预设网口和预设串口连接，用于分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息；

决策单元102，还用于基于跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

执行单元104，与决策单元102通过控制器局域网络连接，用于根据每个执行机构的状态调整参数，调整跨介质航行器的航行状态，以使跨介质航行器向目标点航行。

由此，根据本申请实施例的跨介质航行器的跨域控制系统，通过信息感知单元、通信单元、决策单元、执行单元的协调配合，接收并解析岸基站发送的跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态，并分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，以根据航行状态参数信息确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数，从而调整跨介质航行器的航行状态，使跨介质航行器向目标点航行。基于此，当接收到跨域控制指令时，通过对比跨介质航行器在当前所处第一航行模态与跨域控制指令所对应的第二航行模态下的航行状态参数信息变化，得到跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数，以根据每个执行机构的状态调整参数调整航行状态，以使跨介质航行器到达目标点，完成跨域航行任务。由此，不论跨介质航行器处在何种航行模态，都能够通过确定执行机构的状态调整参数实现多次重复跨越水空界面，从而提高了跨域环境下跨介质航行器的适应性。

在一些实施例中，结合图1所示，通信单元101与决策单元102通过预设串口连接，预设串口可以是RS232串口和RS485串口。通信单元101包括数据传输模块1011、北斗卫星通信模块1012、无线电通信模块1013和水声通信机1014。作为一种示例，无线电通信模块1013可以为900MHz无线电通信模块，用于接收岸基站发送的跨域控制指令，并将跨域控制指令发送给决策单元102，以使决策单元102对跨域控制指令进行解析；数据传输模块1011可以为1.4Ghz图传数传模块，用于将信息感知单元103获取的跨介质航行器的航行状态参数信息传输至决策单元102和岸基站，以使决策单元102确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；北斗卫星通信模块1012用于在执行单元104调整跨介质航行器的航行状态时，向岸基站实时传送跨介质航行器的航行状态；水声通信机1014用于跨介质航行器在水下航行模态下航行时与岸基站进行通信，以接收岸基站发送的跨域控制指令。

在一些实施例中，结合图1所示，决策单元102包括控制主机1021和运动控制器1022。作为一种示例，控制主机1021与通信单元101通过第一串口连接，第一串口可以是RS232串口，用于接收和解析无线电通信模块1013发送的跨域控制指令；还用于根据信息感知单元103中的入水检测模块1037，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态；还用于接收数据传输模块1011从信息感知单元103获取的跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，并根据航行状态参数信息确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；运动控制器1022可以是以stm32f407芯片为核心的运动控制器，与控制主机1021通过预设转串口连接，预设转串口可以是USB转串口，用于将状态调整参数转化为对应的脉宽调制信号，即PWM信号值，并将对应的PWM信号值发送给执行单元104，以使执行单元104调整跨介质航行器的航行状态。

在一些实施例中，结合图1所示，信息感知单元103包括气压检测模块1031、深度检测模块1032、测速模块1033、光纤惯导1034、北斗定位模块1035、声呐模块1036、入水检测模块1037、漏水检测模块1038和电压电流检测模块1039。作为一种示例，航行状态参数包括以下至少一项：飞行高度、下潜深度、航行速度、航行方向、航行姿态、位置坐标、水下环境、航行模态，气压检测模块1031用于基于气压与飞行高度的变化关系，确定跨介质航行器在空中航行模态下航行时的飞行高度；深度检测模块1032，用于利用深度传感器检测跨介质航行器在水下航行模态下航行时的下潜深度；测速模块1033，用于根据多普勒测速仪检测跨介质航行器在水下航行模态或水面航行模态的航行速度，以及根据空速管检测跨介质航行器在空中航行模态的航行速度；光纤惯导1034，用于测量跨介质航行器在不同航行模态下的航行姿态和航行方向；北斗定位模块1035，用于获取跨介质航行器当前所处的位置坐标以及目标点的位置坐标；声呐模块1036，用于检测跨介质航行器在水下航行模态下航行时的水下环境；入水检测模块1037，用于根据跨介质航行器的顶部和底部装载的入水检测传感器的电位变化，确定跨介质航行器的航行模态；漏水检测模块1038，用于根据装载在跨介质航行器的舱段连接处的漏水检测传感器，检测跨介质航行器是否漏水，并将漏水信息反馈给岸基站，等待岸基站的应急保护控制指令；电压电流检测模块1039，用于根据装载在跨介质航行器的头端的压力计和电流电压检测传感器，检测跨域控制系统100的运行状态是否异常，并将异常信息反馈给岸基站，等待岸基站发送的应急保护控制指令。

作为一种示例，跨介质航行器的底部和顶部安装有入水检测传感器，当入水检测传感器触点接触水后其开关信号为高电平信号，未接触水时为低电平信号。基于此，顶部及底部的入水检测传感器开关信号用s表示，当跨介质航行器处于水下航行模态时，s=（1，1）；当跨介质航行器处于水面航行模态时，s=（1，0）；当跨介质航行器处于空中航行模态时，s=（0，0）。由此，可根据跨介质航行器顶部及底部的入水检测传感器的开关信号，准确判断跨介质航行器当前具体处在何种航行模态。

作为一种示例，信息感知单元103中的漏水检测模块1038和电压电流检测模块1039可以构成本申请实施例提供的跨域控制系统100的应急保护控制单元，利用安装于跨介质航行器各舱段连接处的漏水检测传感器，以及安装于跨介质航行器头段的压力计及电池管理系统（BMS）中的电流电压检测传感器，对跨域控制系统100的运行状态进行实时监测，若判断跨域控制系统100出现电池电量不足、下潜过深、器件供电故障、舱段漏水、通讯异常等异常运行状态时，由运动控制器1022依靠备用电池执行岸基站发送的应急保护控制指令，使得跨介质航行器在出现运行故障的情况下能够从水下平稳上浮至水面或从空中降落至水面，并亮起救援信号指示灯，避免跨介质航行器丢失或关键部位受损的情况发生。

在一些实施例中，结合图1所示，执行单元104包括螺旋桨驱动模块1041、空翼展开收缩控制模块1042、水翼展开收缩控制模块1043、喷水推进器模块1044、十字舵控制模块1045、副翼方向控制模块1046。作为一种示例，在第一航行模态为水下航行模态，第二航行模态为空中航行模态的情况下，喷水推进器模块1044，用于接收运动控制器1022发送的喷水推进器的脉宽调制信号，即PWM信号值，并调整喷水推进器的油门大小，直至跨介质航行器的攻角大于预设角度α，α可根据实际情况进行设置；十字舵控制模块1045，用于接收运动控制器1022发送的竖直十字舵偏转角度的脉宽调制信号，并将竖直十字舵偏转第一预设角度，以使跨介质航行器通过调整喷水推进器的油门大小和竖直十字舵的偏转角度上浮至水面；空翼展开收缩控制模块1042，用于接收运动控制器1022发送的空翼的第一脉宽调制信号，并将空翼展开至第一预设位置；水翼展开收缩控制模块1043，用于接收运动控制器1022发送的水翼的第一脉宽调制信号，并将水翼展开或收缩；副翼方向控制模块1046，用于接收运动控制器1022发送的副翼偏转角度的第一脉宽调制信号，并将副翼偏转第二预设角度；螺旋桨驱动模块1041，用于接收运动控制器1022发送的螺旋桨油门大小的第一脉宽调制信号，并调整螺旋桨油门大小，以使跨介质航行器在攻角大于预设角度α的情况下，离开水面并上升至目标点。

在一些实施例中，在第一航行模态为空中航行模态，第二航行模态为水下航行模态的情况下，螺旋桨驱动模块1041还用于接收运动控制器1022发送的螺旋桨油门大小的第二脉宽调制信号，并调整螺旋桨油门大小，以使跨介质航行器降落至水面；副翼方向控制模块1046，还用于接收运动控制器发送的副翼偏转角度的第二脉宽调制信号，并将副翼偏转第三预设角度；空翼展开收缩控制模块1042，还用于接收运动控制器1022发送的空翼的第二脉宽调制信号，并在跨介质航行器的航行姿态稳定的情况下，将空翼收缩到第二预设位置；十字舵控制模块1045，还用于接收运动控制器1022发送的水平十字舵偏转角度的脉宽调制信号，并将水平十字舵偏转第四预设角度，以使跨介质航行器下潜至目标点，其中第二预设角度、第三预设角度和第四预设角度都可根据实际情况进行设定。

其中，水翼展开收缩控制模块1043对应可折叠的水翼展开收缩控制机构，能够在水面航行模态时将水翼展开，水下航行模态及空中航行模态时收缩，实现航行器在水面上的高速航行，提高水面航行的能源利用效率。空翼展开收缩控制模块1042对应可折叠的空翼展开收缩控制机构，在空中航行模态时将空翼展开，在水下航行模态和水面航行模态时将空翼收缩，为跨介质航行器的空中飞行提供升力，相较于旋翼无人机在空中飞行时具有更高的能源利用效率。

由此，根据本申请实施例提供的具有空翼展开收缩控制模块和水翼展开收缩控制模块的跨域控制系统，通过通信单元、决策单元、信息感知单元和执行单元之间的相互配合，保证跨介质航行器在不同介质环境来回运动过程中的稳定运行，克服目前跨介质航行器难以多次重复跨越水空界面的技术问题的同时，能够充分发挥跨介质航行器的多模态作业优势，在不同航行模态下分别执行水下定深航行、水面高速航行、空中定高飞行的任务目标，有效提高在复杂环境下跨介质航行器的适应性。

图2示出了本申请实施例提供的一种跨介质航行器的跨域控制方法的流程示意图。如图2所示，该方法应用于如图1所示的跨域控制系统，具体可以包括如下步骤S201至S202。

S201、通过通信单元，接收岸基站发送的跨域控制指令；

岸基站通过通信单元101向跨域控制系统100发送跨域控制指令，并由通信单元101中的无线电通信模块1013接收跨域控制指令。示例性的，跨域控制指令可以是水下定深航行、水面高速航行、空中定高飞行、水下跨域运动至空中或空中跨域运动至水下。

S202、利用决策单元解析通信单元发送跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及所述域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

由无线电通信模块1013向决策单元102发送跨域控制指令，并由决策单元102中的控制主机1021对跨域控制指令进行解析。作为一种示例，如图3（a）所示的跨介质航行器的运动状态示意图，跨域控制指令对应的是由空中跨域运动至水下的控制指令，其中、、表示不同时刻，如图3（b）所示的跨介质航行器的运动状态示意图，跨域控制指令对应的是由水下跨域运动至空中的控制指令，其中、、、也表示不同时刻。在解析跨域控制指令后，要确定跨介质航行器当前所处的航行模态以及跨域控制指令中目标点对应的航行模态。示例性的，跨介质航行器的航行模态可以包括水下航行模态、水面航行模态和空中航行模态。如图4（a）和4（b）所示，分别表示跨介质航行器在水下航行模态下航行时垂直面方向投影和水平面方向投影的运动状态示意图，其中表示跨介质航行器与水面的距离，h(t)和y(t)表示跨介质航行器与目标点的垂直距离，x(t)表示跨介质航行器与目标点的水平距离，d表示跨介质航行器与目标点的直线距离，表示水面与目标点的距离，v(t)表示跨介质航行器的航行速度。图5（a）和5（b）分别表示跨介质航行器在水面航行模态下航行时垂直面方向投影和水平面方向投影的运动状态示意图，其中x1(t)、x2(t)分别表示跨介质航行器与目标点1和目标点2的水平距离，y1(t)和y2(t)分别表示跨介质航行器与目标点1和目标点2的垂直距离距离。图6（a）和6（b）分别表示跨介质航行器在空中航行模态下航行时垂直面方向投影和水平面方向投影的运动状态示意图。

S203、通过信息感知单元，分别获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息；

通过决策单元102解析跨域控制指令之后，利用信息感知单元103获取跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，航行状态参数信息包括以下至少一项：飞行高度、下潜深度、航行速度、航行方向、航行姿态、位置坐标、水下环境、航行模态。

S204、基于跨介质航行器在第一航行模态和第二航行模态下的航行状态参数信息，利用决策单元确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

为了实现跨介质航行器水下定深航行、水面高速航行、空中定高飞行或水空跨介质航行，在基于信息感知单元103得到跨介质航行器在不同航行模态下的航行状态参数信息之后，利用决策单元102确定跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数。示例性的，执行机构可以包括螺旋桨、空翼、水翼、喷水推进器、十字舵和副翼等，对应的状态调整参数为螺旋桨电机油门大小、空翼的展开收缩、水翼的展开收缩、喷水推进器油门大小、十字舵方向、副翼方向等。并且在得到各个执行机构对应的状态调整参数之后，需要利用运动控制器1022将状态调整参数转化为PWM脉宽调制信号，即每个执行机构对应的PWM信号值，然后通过运动控制器1022将PWM信号值发送给执行单元104，以调整跨介质航行器的航行状态。

S205、根据每个执行机构的状态调整参数，利用执行单元调整跨介质航行器的航行状态，以使跨介质航行器向目标点航行。

执行单元104接收运动控制器1022发送的每个执行机构对应的PWM信号值后，驱动每个执行机构产生对应控制量的动作，以调整跨介质航行器的航行状态，如航行姿态、航行速度、航行方向等，以使跨介质航行器从当前位置向目标点航行，实现跨域航行任务。

由此，根据本申请实施例的跨介质航行器的跨域控制方法，当接收到跨域控制指令时，通过对比跨介质航行器在当前所处第一航行模态与跨域控制指令所指定的第二航行模态下的航行状态参数信息变化，得到跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数，以根据每个执行机构的状态调整参数调整航行状态，以使跨介质航行器到达目标点，完成跨域航行任务。由此，不论跨介质航行器处在何种航行模态，都能够通过确定执行机构的状态调整参数实现多次重复跨越水空界面，从而提高了跨域环境下跨介质航行器的适应性。

在一些实施例中，结合图4（a）和图4（b），当跨域控制指令为水下定深航行时，跨域控制方法的实现过程具体如下所述：

由岸基站通过无线电通讯模块1013向跨域控制系统100发送水下定深航行的跨域控制指令，控制主机1021接收到跨域控制指令后，通过入水检测模块1037检测跨介质航行器底部及顶部的入水检测传感器的开关信号，判断跨介质航行器当前所处的航行模态，并通过光纤惯导1034、测速模块1033获取当前跨介质航行器的航行姿态和航行速度，以及声呐模块1036获取水下环境，进而由控制主机1021对跨域控制指令进行解析，得到跨域控制指令中目标点的二维坐标位置及深度信息，并利用运动控制器1022计算对应执行机构的状态调整参数，将每个执行机构对应状态调整参数转化为PWM信号传输至执行单元104驱动产生相应动作。

示例性的，十字舵控制模块1045主要控制尾部十字舵控制电机的PWM信号，记为，其中调整尾部十字舵的左右水平方向舵片角度，喷水推进器模块1044控制喷水推进器油门大小，使跨介质航行器进行下潜；进一步通过光纤惯导1034测量跨介质航行器的航行姿态及航行方向，将新的航向数据传输至控制主机1021，并计算当前跨介质航行器坐标与目标点之间的坐标差值，以及目标深度与当前航行深度之间的差值，进一步调节尾部十字舵的方向角度及喷水推进器油门大小，使得跨介质航行器以速度朝着目标点航行。跨介质航行器到达目标点后，依靠尾部十字舵和喷水推进器，调整跨介质航行器的航行姿态至水平角度，并利用信息感知单元对航行器状态信息实时监测，由控制主机1021自动开启水下定深航行模式。

在一些实施例中，结合图5（a）和图5（b），当跨域控制指令为水面高速航行时，跨域控制方法的实现过程具体如下所述：

由岸基站通过无线电通讯模块1013向跨域控制系统100发送水面高速航行的跨域控制指令，控制主机1021接收到跨域控制指令后，通过入水检测模块1037检测跨介质航行器底部及顶部的入水检测传感器的开关信号，判断跨介质航行器当前所处的航行模态，并通过光纤惯导1034、测速模块1033获取当前跨介质航行器的航行姿态和航行速度。在控制主机1021对跨域控制指令进行解析后，获取水面高速航行中目标点1和目标点2的二维坐标位置信息及航行速度；进一步通过运动控制器1022的若干个I/O端口导通多个24V固态继电器，使水翼展开收缩控制模块中的水翼展开收缩控制舵机、螺旋桨驱动模块1041中的跨介质航行器的头端的螺旋桨电机、喷水推进器模块中的喷水推进器、十字舵控制模块1045中的尾部十字舵控制舵机上电。

进一步的，调节喷水推进器油门大小及竖直方向舵的偏转角度，以控制跨介质航行器的航行方向和航行速度，并利用光纤惯导1034以一定间隔时间测量跨介质航行器的航行姿态及航行方向，当跨介质航行器的航行攻角大于预设角度α时，驱动跨介质航行器头段螺旋桨转动，进一步为跨介质航行器提供前进动力，实现双动力航行速度驱动。此外，通过测速模块1033中的多普勒测速仪获取航行速度，北斗定位模块1035获取跨介质航行器的位置信息，并将新的航行状态数据传输至控制主机1021，以计算当前航行器坐标与目标点之间的坐标差值，以及目标航速与实际航速之间的差值，以此进一步调节尾部十字舵的方向角度及喷水推进器油门大小和螺旋桨驱动电机油门大小，以实现对跨介质航行器的闭环控制。在跨介质航行器即将抵达目标点前进行减速，在跨介质航行器攻角小于预设角度时关闭头段螺旋桨电机，避免桨叶切割水面受到损坏。抵达目标点位置后，将信息感知单元103获取的航行状态参数信息反馈至岸基站，并等待接收岸基站的下一步指令。

在一些实施例中，结合图6（a）和图6（b），当跨域控制指令为空中定高飞行时，与水面高速航行的跨域控制方法不同之处在于，当跨介质航行器的航行攻角大于预设角度α时，驱动头段螺旋桨转动，如图7（a）所示，并通过空翼展开收缩控制模块1042将前后空翼展开，以为跨介质航行器提供起飞所需升力，并利用气压检测模块1031测量航行器飞行高度，由入水检测模块1037检测跨介质航行器底部及顶部的入水传感器电位变化是否达到状态s=(0,0)，实现跨介质航行器从水面起飞；并在入水传感器电位变化达到状态s=(0,0)时，利用水翼展开收缩控制模块1043将水翼收缩。

在一些实施例中，结合图3（a），当跨域控制指令为从空中跨域运动至水下时，跨域控制方法的实现过程具体如下所述：

利用气压检测模块1031、光纤惯导1034和测速模块1034分别获取跨介质航行器在空中航行模态下的飞行高度、航行姿态和航行速度 ，通过控制主机1021发送的四个空翼、副翼的控制信号(pwm1 _r ， pwm1 _l ， pwm2 _r ，pwm2 _l )来调整各个空翼、副翼的角度Ang1，同时调整螺旋桨电机油门大小，计算出下一时刻跨介质航行器飞行高度、航行姿态和航行速度。通过入水检测模块1038判断跨介质航行器降落至水面时，保持跨介质航行器的航行姿态稳定，并关闭螺旋桨电机油门，驱动空翼展开控制模块1042使空翼展开至指定位置，也可通过控制主机1021接收限位信号来判断空翼是否收缩至指定位置；然后打开并调整喷水推进器油门以及尾部十字舵水平方向角度Ang2，使跨介质航行器下潜，并利用深度检测模块1032检测跨介质航行器是否下潜到目标点的指定深度位置H，以完成一次完整的从空中至水下的跨域运动。

在一些实施例中，结合图3（b），当跨域控制指令为从水下跨域运动至空中时，跨域控制方法的实现过程具体如下所述：

由控制主机1021解析岸基站发送的跨域控制指令，获取当前跨介质航行器的航行状态参数信息，具体由深度检测模块1032、光纤惯导1034、测速模块1033分别获取跨介质航行器的航行深度、航行姿态和航行速度，接收运动控制器1022发送的PWM信号，调整喷水推进器油门u3以及尾部十字舵角度Ang3。在通过入水检测模块1037和深度检测模块1032检测，确定跨介质航行器上浮至水面时，如图7（b）所示，由水翼展开收缩控制模块1043将前后水翼展开，并由空翼展开收缩控制模块1042将空翼展开 指定位置，也可通过运动控制器1022接收空翼的限位信号，以确定空翼是否展开至指定位置，并调整喷水推进器油门的大小控制跨介质航行器的航行速度。

此外，在跨介质航行器的攻角大于预设角度α时，利用螺旋桨驱动模块1041打开控制螺旋桨电机油门u4，以增大跨介质航行器的前进动力。进一步通过入水检测模块1037判断跨介质航行器是否离开水面，以在跨介质航行器离开水面后，如图7（c）所示，由水翼展开收缩控制模块1043控制水翼进行收缩，同时关闭喷水推进器油门，并调整螺旋桨电机油门及四个空翼副翼上下的偏转角度，由气压检测模块1031获取飞行高度，判断跨介质航行器是否上升至目标点对应的目标高度H1，若未达目标高度H1，则继续调整跨介质航行器的航行速度及航行方向，直至到达目标点对应的目标高度H1，完成由水下至空中的跨域运动。

由此，根据本申请实施例的跨介质航行器的跨域控制方法，根据岸基站发送的跨域控制指令实现跨介质航行器在不同模航行模态下的工作流程控制。当航行器处于水下航行模态时，控制喷水推进器提供前进动力，控制尾部十字舵改变航行方向；当航行器处于水面航行模态时，控制水翼展开收缩机构将水翼展开，用于减小水面高速航行时的阻力，并通过控制喷水推进器、头段螺旋桨及尾部十字舵提供航行动力和控制航行方向；当航行器处于空中航行模态时，控制空翼展开收缩机构展开空翼，并驱动螺旋桨电机转动提供前进动力，依靠调节空翼上的副翼控制舵机实现航行姿态及航行方向的调整，以此实现了多次重复跨域水空界面的跨域航行任务。

需要说明的是，上述本申请实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定。本领域技术人员可知，随着新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题同样适用。

图8示出了本申请实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

该电子设备800可以包括处理器801以及存储有计算机程序指令的存储器802。

具体地，上述处理器801可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit ，ASIC），或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

存储器802可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器802可包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器802可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器802可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器802是非易失性固态存储器。

存储器802可包括只读存储器（ROM），随机存取存储器（RAM），磁盘存储介质设备，光存储介质设备，闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常存储器802包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形（非暂态）计算机可读存储介质（例如，存储器设备），并且当该软件被执行（例如，由一个或多个处理器）时，其可操作来执行参考根据本申请的第二方面的跨介质航行器的跨域控制方法所描述的操作。

处理器801通过读取并执行存储器802中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种跨介质航行器的跨域控制方法。

在一个示例中，电子设备800还可包括通信接口803和总线804。其中，如图8所示，处理器801、存储器802、通信接口803通过总线804连接并完成相互间的通信。

通信接口803，主要用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线804包括硬件、软件或两者，将电子设备800的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线804可包括加速图形端口（AGP）或其他图形总线、增强工业标准架构（EISA）总线、前端总线（FSB）、超传输（HT）互连、工业标准架构（ISA）总线、无限带宽互连、低引脚数（LPC）总线、存储器总线、微信道架构（MCA）总线、外围组件互连（PCI）总线、PCI-Express（PCI-X）总线、串行高级技术附件（SATA）总线、视频电子标准协会局部（VLB）总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线804可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。

该电子设备800可以实现结合图1和图2描述的跨介质航行器的跨域控制系统和控制方法。

另外，结合上述实施例中的跨介质航行器的跨域控制方法，本申请实施例可提供一种计算机存储介质来实现。该计算机存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种跨介质航行器的跨域控制方法。

需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频（RF）链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

上面参考根据本申请的实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种跨介质航行器的跨域控制系统，其特征在于，包括：

通信单元，与决策单元通过预设串口连接，用于接收岸基站发送的跨域控制指令，并将所述跨域控制指令发送给所述决策单元；

所述决策单元，用于解析所述跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及所述跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

信息感知单元，与所述决策单元通过预设网口和所述预设串口连接，用于分别获取所述跨介质航行器在所述第一航行模态和所述第二航行模态下的航行状态参数信息；

所述决策单元，还用于基于所述跨介质航行器在所述第一航行模态和所述第二航行模态下的航行状态参数信息，确定所述跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

执行单元，与所述决策单元通过控制器局域网络连接，用于根据所述每个执行机构的状态调整参数，调整所述跨介质航行器的航行状态，以使所述跨介质航行器向所述目标点航行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述航行状态参数包括以下至少一项：飞行高度、下潜深度、航行速度、航行方向、航行姿态、位置坐标、水下环境、航行模态；

所述信息感知单元至少包括气压检测模块、深度检测模块、测速模块、光纤惯导、北斗定位模块、声呐模块、入水检测模块；

所述气压检测模块，用于基于气压与飞行高度的变化关系，确定所述跨介质航行器在空中航行模态下航行时的飞行高度；

所述深度检测模块，用于利用深度传感器检测所述跨介质航行器在水下航行模态下航行时的下潜深度；

所述测速模块，用于根据多普勒测速仪检测所述跨介质航行器在所述水下航行模态或水面航行模态的航行速度，以及根据空速管检测所述跨介质航行器在所述空中航行模态的航行速度；

所述光纤惯导，用于测量所述跨介质航行器在不同航行模态下的航行姿态和航行方向；

所述北斗定位模块，用于获取所述跨介质航行器当前所处的位置坐标以及所述目标点的位置坐标；

所述声呐模块，用于检测所述跨介质航行器在所述水下航行模态下航行时的水下环境；

所述入水检测模块，用于根据所述跨介质航行器的顶部和底部装载的入水检测传感器的电位变化，确定所述跨介质航行器的航行模态。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息感知单元还包括漏水检测模块和电压电流检测模块；

所述漏水检测模块，用于根据装载在所述跨介质航行器的舱段连接处的漏水检测传感器，检测所述跨介质航行器是否漏水，并将漏水信息反馈给所述岸基站，等待所述岸基站的应急保护控制指令；

所述电压电流检测模块，用于根据装载在所述跨介质航行器的头端的压力计和电流电压检测传感器，检测所述跨介质航行器的跨域控制系统的运行状态是否异常，并将异常信息反馈给所述岸基站，等待所述岸基站发送的所述应急保护控制指令。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通信单元包括数据传输模块、北斗卫星通信模块、无线电通信模块和水声通信机；

所述无线电通信模块，用于接收所述岸基站发送的所述跨域控制指令，并将所述跨域控制指令发送给所述决策单元，以使所述决策单元对所述跨域控制指令进行解析；

所述数据传输模块，用于将所述信息感知单元获取的所述跨介质航行器的所述航行状态参数信息传输至所述决策单元和所述岸基站，以使所述决策单元确定所述跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

所述北斗卫星通信模块，用于在所述执行单元调整所述跨介质航行器的航行状态时，向所述岸基站实时传送所述跨介质航行器的航行状态；

所述水声通信机，用于所述跨介质航行器在所述水下航行模态下航行时与所述岸基站进行通信，以接收所述岸基站发送的所述跨域控制指令。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述决策单元包括控制主机和运动控制器；

所述控制主机，与所述通信单元通过第一串口连接，用于接收和解析所述无线电通信模块发送的所述跨域控制指令；

所述控制主机，还用于根据所述入水检测模块，确定所述跨介质航行器当前所处的所述第一航行模态；

所述控制主机，还用于接收所述数据传输模块从所述信息感知单元获取的所述跨介质航行器在所述第一航行模态和所述第二航行模态下的航行状态参数信息，并根据所述航行状态参数信息确定所述跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

所述运动控制器，与所述控制主机通过预设转串口连接，用于将所述状态调整参数转化为对应的脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号发送给所述执行单元，以使所述执行单元调整所述跨介质航行器的航行状态。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述执行单元至少包括螺旋桨驱动模块、空翼展开收缩控制模块、水翼展开收缩控制模块、喷水推进器模块、十字舵控制模块、副翼方向控制模块；

所述喷水推进器模块，用于在所述第一航行模态为所述水下航行模态，所述第二航行模态为所述空中航行模态的情况下，接收所述运动控制器发送的喷水推进器的脉宽调制信号，并调整所述喷水推进器的油门大小，直至所述跨介质航行器的攻角大于预设角度；

所述十字舵控制模块，用于接收所述运动控制器发送的竖直十字舵偏转角度的脉宽调制信号，并将所述竖直十字舵偏转第一预设角度，以使所述跨介质航行器通过调整所述喷水推进器的油门大小和所述竖直十字舵的偏转角度上浮至水面；

所述空翼展开收缩控制模块，用于接收所述运动控制器发送的空翼的第一脉宽调制信号，并将所述空翼展开至第一预设位置；

所述水翼展开收缩控制模块，用于接收所述运动控制器发送的水翼的第一脉宽调制信号，并将所述水翼展开或收缩；

所述副翼方向控制模块，用于接收所述运动控制器发送的副翼偏转角度的第一脉宽调制信号，并将所述副翼偏转第二预设角度；

所述螺旋桨驱动模块，用于接收所述运动控制器发送的螺旋桨油门大小的第一脉宽调制信号，并调整所述螺旋桨油门大小，以使所述跨介质航行器在所述攻角大于所述预设角度的情况下，离开水面并上升至所述目标点。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述螺旋桨驱动模块，还用于在所述第一航行模态为所述空中航行模态，所述第二航行模态为所述水下航行模态的情况下，接收所述运动控制器发送的螺旋桨油门大小的第二脉宽调制信号，并调整所述螺旋桨油门大小，以使所述跨介质航行器降落至水面；

所述副翼方向控制模块，还用于接收所述运动控制器发送的副翼偏转角度的第二脉宽调制信号，并将副翼偏转第三预设角度；

所述空翼展开收缩控制模块，还用于接收所述运动控制器发送的空翼的第二脉宽调制信号，并在所述跨介质航行器的航行姿态稳定的情况下，将所述空翼收缩到第二预设位置；

所述十字舵控制模块，还用于接收所述运动控制器发送的水平十字舵偏转角度的脉宽调制信号，并将水平十字舵偏转第四预设角度，以使所述跨介质航行器下潜至所述目标点。

8.一种跨介质航行器的跨域控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的跨域控制系统，所述方法包括：

通过通信单元，接收岸基站发送的跨域控制指令；

利用决策单元解析所述通信单元发送的所述跨域控制指令，确定跨介质航行器当前所处的第一航行模态以及所述跨域控制指令中目标点对应的第二航行模态；

通过信息感知单元，分别获取所述跨介质航行器在所述第一航行模态和所述第二航行模态下的航行状态参数信息；

基于所述跨介质航行器在所述第一航行模态和所述第二航行模态下的航行状态参数信息，利用所述决策单元确定所述跨介质航行器中每个执行机构的状态调整参数；

根据所述每个执行机构的状态调整参数，利用执行单元调整所述跨介质航行器的航行状态，以使所述跨介质航行器向所述目标点航行。

9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求8所述的跨介质航行器的跨域控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求8所述的跨介质航行器的跨域控制方法。

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