CN208506594U - 无人平台集群协同控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人平台集群协同控制系统，包括：多个不同类别的无人平台和地面控制站，无人平台包括多个水上无人平台和多个水下无人平台，水上无人平台包括水面无人平台、陆地无人平台和空中无人平台；其中，地面控制站与多个水上无人平台通过无线网络通讯连接；水面无人平台与水下无人平台之间通信连接。本实用新型提供的无人平台集群协同控制系统，使得不同类别的无人平台的信息可交互共享。

Description

无人平台集群协同控制系统

技术领域

本公开一般涉及集群通讯领域，具体涉及一种无人平台集群协同控制系统。

背景技术

随着无人平台相关技术的逐渐成熟，无人机、无人艇、无人潜航器、无人车等无人平台应运而生。单一无人系统探测纬度单一，且存在系统自身短板。

随着传感器技术、网络技术、通信技术、控制技术以及计算能力的发展与提升，由大量无人平台代替人工完成危险物品的检查、收集和搬运，在水下、太空等危险或复杂环境中进行探测、监视，可保障人员安全；在军事领域，将无人平台集群投入战场，由大规模无人舰艇和机器人等代替军队进行侦查和作战，可最大限度减少人员伤亡。然而，这些无人系统往往由于规模大、环境及任务过程复杂度高而难以实施全局性中心控制。

目前，无论是海上还是陆上无人系统的使用还仅限于基于控制站的有限区域作业。现有的无人平台的控制基本上是单一平台或单一种类平台的点对点控制，且每个无人平台需对应有专业操作人员，当规模增大后，针对无人平台的控制成本也随之增大，而跨类别、跨系统间的无人平台作业形式还处于摸索阶段，这对无人系统的推广与规模化形成了较大的限制作用。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种无人平台集群协同作业系统。

本实用新型提供一种无人平台集群协同控制系统，包括：

多个不同类别的无人平台和地面控制站，所述无人平台包括多个水上无人平台和多个水下无人平台，所述水上无人平台包括水面无人平台、陆地无人平台和空中无人平台；其中，

所述地面控制站与多个所述水上无人平台通过无线网络通讯连接；所述水面无人平台与所述水下无人平台之间通信连接。

优选的，所述地面控制站与多个所述水上无人平台组建为无线Mesh网络，所述地面控制站包括操作平台和与所述操作平台相连的地面信号收发装置，所述水上无人平台包括平台本体和设置在所述平台本体上的信号收发装置，多个所述水上无人平台之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯，且所述地面信号收发装置与所述信号收发装置进行无线通讯。

优选的，所述信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块；以及所述地面信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块。

优选的，所述平台本体上还设置有图像采集装置、第一定位装置、避障装置以及与所述图像采集装置、所述第一定位装置、所述避障装置和所述信号收发装置连接的第一电源装置，所述图像采集装置、所述第一定位装置、所述避障装置分别与所述信号收发装置相连接。

优选的，所述图像采集装置包括光电吊舱，所述光电吊舱内安装有用于采集图像信息的摄像机；

所述第一定位装置包括嵌装在所述平台本体上的第一GPS定位模块和第一光纤惯导模块；

所述避障模块包括设置在所述陆地无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在所述空中无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在所述水面无人平台的平台本体在水面以上部位的激光雷达。

优选的，所述水面无人平台包括设置在其平台本体底部的第一探测通信装置，所述第一探测通信装置与所述信号收发装置、所述第一电源装置相连，用于探测所述水下无人平台、探测水下障碍物并与所述水下无人平台进行通信；

所述水下无人平台包括水下平台本体和设置在所述水下平台本体上的第二定位装置、第二探测通信装置以及与所述第二定位装置、所述第二探测通信装置连接的第二电源装置。

优选的，所述第二定位装置包括第二GPS定位模块和第二光纤惯导模块；

所述第一探测通信装置包括声呐或蓝绿激光通信设备，所述第二探测通信装置与所述第一探测通信装置相同。

优选的，所述水面无人平台包括无人艇；所述陆地无人平台包括无人车；所述空中无人平台包括无人机；所述水下无人平台包括无人潜航器。

根据上述技术方案，本实用新型提供的无人平台集群协同控制系统，使得不同类别的无人平台的信息可交互共享。优选多个水上无人平台之间通过Mesh网络通信连接，实现拓扑结构自适应，确保链路强健稳定，去中心化控制，大幅降低控制成本，提升系统整体能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的无人平台集群协同控制系统的组成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的陆地无人平台或空中无人平台的框架示意图；

图3为本实用新型实施例提供的水面无人平台的框架示意图；

图4为本实用新型实施例提供的无人平台集群协同控制系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本实用新型实施例提供一种无人平台集群协同控制系统的框架示意图。图2为本实用新型实施例提供的陆地无人平台或空中无人平台的框架示意图。图3为本实用新型实施例提供的水面无人平台的框架示意图。图4为本实用新型实施例提供的无人平台集群协同控制系统的原理框图，图4中陆地无人平台、空中无人平台、水面无人平台的结构仅简单示意，具体结构可参照图2(陆地无人平台或空中无人平台)和图3(水面无人平台)。

参照图1至图4，本实用新型实施例提供的无人平台集群协同控制系统包括多个不同类别的无人平台和地面控制站1，无人平台包括多个水上无人平台和多个水下无人平台2，水上无人平台包括水面无人平台3、陆地无人平台4和空中无人平台5；其中，

地面控制站1与多个水上无人平台通过无线网络通讯连接；水面无人平台3与水下无人平台2之间通信连接。

本申请的实施例提供的无人平台集群协同控制系统，将不同类型的无人平台纳入该系统内，实现跨类别的多个无人平台的系统控制，提升整个系统的控制能力。

进一步地，地面控制站1与多个水上无人平台组建为无线Mesh网络。地面控制站1包括操作平台15和与操作平台15相连的地面信号收发装置16，水上无人平台包括平台本体和设置在平台本体上的信号收发装置6，多个无人平台之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯，且地面信号收发装置与信号收发装置进行无线通讯。

地面控制站包括的操作平台，用于给出指令，例如操作平台包括人物规划部分、导航部分、雷达设备部分以及通信控制部分等，由多台高性能计算机组成。操作人员可通过键盘、鼠标、遥控器等设备在操作平台对应的部分完成指令设定，通过地面信号收发装置将信号发出指令。多个水上无人平台作为无线Mesh网络中的网络节点，水上无人平台的信号收发装置接收地面控制站发出的指令，地面控制站发出的指令在多个水上无人平台之间以跳传的方式进行传输。

例如，该实施例提供的系统监控某一水上无人平台的位置信息，地面控制站发出的指令以跳传的方式传至目标的水上无人平台，目标的水上无人平台将响应于指令的数据信息发出，以跳传的方式传输给地面控制站，地面控制站的地面信号收发装置接收对应于指令的数据信息。若地面控制站监控某一水下无人平台的位置信息，则地面控制站发出的指令在水上无人平台之间以跳传的方式进行传输，通过某一水面无人平台发送给目标的水下无人平台，目标的水下无人平台将响应于指令的数据信息发给某一水面无人平台，接着以跳传的方式传输给地面控制站。以跳传自组网(Mesh网络)的方式实现水上无人平台与地面控制站之间的相联通，实现拓扑结构自适应，确保链路强健稳定。

进一步地，信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块；以及地面信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块。

进一步地，平台本体上还设置有图像采集装置7、第一定位装置8、避障装置9以及与图像采集装置7、第一定位装置8、避障装置9和信号收发装置6连接的第一电源装置10，图像采集装置7、第一定位装置8、避障装置9分别与信号收发装置6相连接。第一电源装置优选为锂电池。

水上无人平台的平台本体上设置的图像采集装置用来获取图像信息，经水上无人平台的无线Mesh模块在多个水上无人平台之间跳传，地面控制站的无线Mesh模块接收图像信息；第一定位装置至少可用于确定水上无人平台的位置信息，经水上无人平台的无线Mesh模块在多个水上无人平台之间跳传，地面控制站的无线Mesh模块接收位置信息；避障装置可获得水上无人平台周边的障碍物的数据信息，并且以跳传的方式无线传输给地面控制站。

进一步地，图像采集装置7包括光电吊舱，光电吊舱内安装有用于采集图像信息的摄像机；

第一定位装置8包括嵌装在平台本体上的第一GPS定位模块和第一光纤惯导模块，第一GPS定位模块用来获取水上无人平台的位置信息，第一光纤惯导模块用来获取水上无人平台的三维姿态数据；

避障模块9包括设置在陆地无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在空中无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在水面无人平台的平台本体在水面以上部位的激光雷达。

进一步地，水下无人平台与水面无人平台之间可交互信息，水面无人平台还包括设置在其平台本体底部的第一探测通信装置11，第一探测通信装置与信号收发装置、第一电源装置相连，该第一探测通信装置集探测水下无人平台、探测水下障碍物并兼顾与水下无人平台进行通信的功能。第一探测通信装置既可以作为通讯设备，又属于水面无人平台的避障装置的一种。

参照图4，水下无人平台2包括水下平台本体和设置在水下平台本体上的第二定位装置12、第二探测通信装置13以及与第二定位装置12、第二探测通信装置13连接的第二电源装置14。第二电源装置优选为锂电池。

第二探测通信装置13进行水下探测，主要包括测深、测距以及探测障碍物等等，且第二探测通信装置13与第一探测通信装置11进行信息交互。

进一步地，第二定位装置13包括第二GPS定位模块和第二光纤惯导模块，第二GPS定位模块用来获取水下无人平台的位置信息，第二光纤惯导模块用来获取水下无人平台的三维姿态数据；

第一探测通信装置11包括声呐或蓝绿激光通信设备，第二探测通信装置13与第一探测通信装置11相同。

蓝绿激光通信设备是激光通信的一种，采用光波波长为450-570毫微米的蓝绿光束，介于蓝光和绿光之间。由于海水对蓝绿波段的可见光吸收损耗极小，因此蓝绿光通过海水时，不仅穿透能力强，而且方向性极好，是在深海中传输信息的通信重要方式之一，另外还应用于探雷、测深等领域。

进一步地，每个无人平台均还设置有动力设备，以推动各个无人平台进行运作或移动，水面无人平台一般以喷泵式推进器为动力设备，例如水面无人平台3包括无人艇；陆地无人平台一般以电动机为动力设备，例如陆地无人平台4包括无人车；空中无人平台以一般以螺旋桨为动力设备，例如空中无人平台5包括无人机；水下无人平台一般以涵道式推进器为动力设备，例如水下无人平台2包括无人潜航器。

参照图1和图4，本实用新型提供的无人平台集群协同控制系统中，水下无人平台与水面无人平台之间通过水声网络进行通信，例如声呐或蓝绿激光通信，多个水上无人平台、地面控制站作为上述Mesh网络中的网络节点，地面控制站发出的指令在多个水上无人平台之间以跳传的方式传输，无人平台响应于指令输出的信息在多个水上无人平台之间以跳传的方式传输。

例如，该系统包括无人艇A、无人潜航器B、无人机C和地面控制站。地面控制站要获取无人潜航器B的位置信息，地面控制站发出指令，指令直接传给无人艇A，或者先经无人机C，再传给无人艇A，无人艇A经指令传输给无人潜航器B；无人潜航器B将对应于指令的位置信息传输给无人艇A，再以跳传的方式传输至地面控制站。类似地，可以理解，水上无人平台的无线Mesh模块可以收发指令、图像信息、位置信息、三维姿态数据信息以及障碍物信息等；地面控制站的无线Mesh模块可以用来发出指令，接收图像信息、位置信息、三维姿态数据信息以及障碍物信息等。

作为一种可选的实施方式，为更简洁、更直观地理解该系统协同作用的方式，以无人艇代表水面无人平台，以无人车代表陆地无人平台，以无人机代表空中无人平台，以无人潜航器代表水下无人平台，进行简单说明。

无人艇可携带无人机、无人潜航器下水，并实现所搭载设备的自动、快速部署，极大节省人工海上布放回收设备的工作量。无人艇作为海上稳定可靠的无人平台，可根据其他平台所探测感知到的数据，针对目标开展跟踪、辨别、警告等动作。

无人机可借助其高空视野，为无人艇、无人潜航器等提供重要的目标位置信息。此外，由于其所处高度最高，可增强无人平台集群协同控制系统的通信覆盖面积，是优秀的空中通信中继节点。

无人潜航器可进行隐蔽跟踪、探测，并将感知信息通过水声或激光通信回传至无人艇平台，再经由无人艇或无人机节点向控制台上报相关信息。

本申请主要将多种类别的无人平台通过自组网通信联通，实现跨平台协同控制，有效提升无人系统配合作业能力与效率，各平台间数据共享，可有效提升系统整体感知能力与协同作业能力。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种无人平台集群协同控制系统，其特征在于，包括：

多个不同类别的无人平台和地面控制站，所述无人平台包括多个水上无人平台和多个水下无人平台，所述水上无人平台包括水面无人平台、陆地无人平台和空中无人平台；其中，

所述地面控制站与多个所述水上无人平台通过无线网络通讯连接；所述水面无人平台与所述水下无人平台之间通信连接。

2.根据权利要求1所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，

所述地面控制站与多个所述水上无人平台组建为无线Mesh网络，所述地面控制站包括操作平台和与所述操作平台相连的地面信号收发装置，所述水上无人平台包括平台本体和设置在所述平台本体上的信号收发装置，多个所述水上无人平台之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯，且所述地面信号收发装置与所述信号收发装置进行无线通讯。

3.根据权利要求2所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，

所述信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块；以及所述地面信号收发装置为具有Mesh网络接口的无线Mesh模块。

4.根据权利要求2所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，所述平台本体上还设置有图像采集装置、第一定位装置、避障装置以及与所述图像采集装置、所述第一定位装置、所述避障装置和所述信号收发装置连接的第一电源装置，所述图像采集装置、所述第一定位装置、所述避障装置分别与所述信号收发装置相连接。

5.根据权利要求4所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，所述图像采集装置包括光电吊舱，所述光电吊舱内安装有用于采集图像信息的摄像机；

所述第一定位装置包括嵌装在所述平台本体上的第一GPS定位模块和第一光纤惯导模块；

所述避障模块包括设置在所述陆地无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在所述空中无人平台的平台本体的侧面、顶部或底部的激光雷达、设置在所述水面无人平台的平台本体在水面以上部位的激光雷达。

6.根据权利要求4所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，所述水面无人平台包括设置在其平台本体底部的第一探测通信装置，所述第一探测通信装置与所述信号收发装置、所述第一电源装置相连，用于探测所述水下无人平台、探测水下障碍物并与所述水下无人平台进行通信；

所述水下无人平台包括水下平台本体和设置在所述水下平台本体上的第二定位装置、第二探测通信装置以及与所述第二定位装置、所述第二探测通信装置连接的第二电源装置。

7.根据权利要求6所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，所述第二定位装置包括第二GPS定位模块和第二光纤惯导模块；

所述第一探测通信装置包括声呐或蓝绿激光通信设备，所述第二探测通信装置与所述第一探测通信装置相同。

8.根据权利要求1-7任一项所述的无人平台集群协同控制系统，其特征在于，所述水面无人平台包括无人艇；所述陆地无人平台包括无人车；所述空中无人平台包括无人机；所述水下无人平台包括无人潜航器。