CN209311913U - 一种用于无人艇的通信导航控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于无人艇的通信导航控制系统，包括艇载通导分系统、艇载测控分系统和远程操作平台；艇载通导分系统包括艇载通导控制板、北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块；艇载通导分系统将通过北斗、数传电台网络、4G网络和水声通信网络四种不同通信链路与远程操作平台相连接；艇载通导分系统还通过GPS定位模块和惯导定位模块进行自身的导航定位；艇载测控分系统包括艇载测控控制板、雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块和电机驱动模块。本申请能实现无人水面水下艇的远程遥控、自主航行、自主避碰等功能，为无人智能航行技术的发展提供一种新的解决思路。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人艇智能航行技术领域，特别是一种用于无人艇的通信导航控制系统。
背景技术
无人艇作为一种无人化水上平台，军事上可以扩大现有作战能力，具有查打功能、可根据任务进行配置的智能无人艇，能够以较低成本迅速弥补我军在非对称作战体系中的不足，对提高我军海上作战能力具有重大意义。民用方面，无人艇在海洋、大型湖泊等复杂危险海况下的巡逻、监测、灾害预警与救灾等方面有重要的应用价值。随着无人智能航行技术的发展，可在水面水下不同环境下航行的智能无人艇成为主流的发展趋势，其通信链路的畅通、导航定位的精准、控制命令的正确都关系到水面水下航行无人艇的航行安全，是航行的最基本条件。因此无人艇的通信导航和控制系统的功能和性能是检验无人艇智能化水平的最重要指标之一。
传统无人艇的通信导航和控制系统，存在着如下不足：
1、传统的无人艇多为单独的水面艇或水下艇，其通信和导航手段往往比较单一、冗余度不高、通用性不强，往往由于环境和距离因素制约造成通信和导航功能失效，存在严重的安全隐患。
2、传统无人艇的控制装置仅简单的直接执行远程遥控发来的指令信息，没有融合当前的位置和环境目标因素。如果由于人为原因造成误判而发布错误指令，无人艇执行后会造成较为严重的后果，如礁石、浅滩，操纵人员没有良好的视野造成误判等。
因而，如何更进一步的提高智能无人艇的通信导航和控制水平，研发更智能化的通信导航和控制系统是一个仍需深入研究的课题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于无人艇的通信导航控制系统，该用于无人艇的通信导航控制系统能实现无人水面水下艇的远程遥控、自主航行、自主避碰等功能，为无人智能航行技术的发展提供一种新的解决思路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于无人艇的通信导航控制系统，包括艇载通导分系统、艇载测控分系统和远程操作平台。
艇载通导分系统包括艇载通导控制板和均与艇载通导控制板相连接的北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块。
艇载通导分系统将通过北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块和水声通信模块，实现北斗、数传电台网络、4G网络和水声通信网络四种不同通信链路与远程操作平台相连接；艇载通导分系统还通过GPS定位模块和惯导定位模块进行自身的导航定位。
艇载测控分系统包括艇载测控控制板和均与艇载测控控制板相连接的雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块和电机驱动模块。
艇载测控控制板和艇载通导控制板相连接；雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块用于无人艇周边目标和环境信息的采集。
艇载测控控制板将汇聚并处理艇载通导控制板传来的通信与导航信息以及雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块所采集的周边目标和环境信息，一方面将处理后的控制指令发送到电机驱动模块，完成对无人艇的运动控制，另一方面将控制指令信息反馈至艇载通导控制板。
北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块分别通过RS232接口与艇载通导控制板相连接。
雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块分别通过RS232接口与艇载测控控制板相连接。
电机驱动模块通过A/D采样接口与艇载测控控制板相连接。
艇载测控控制板和艇载通导控制板通过CAN协议点对点连接，构成数据上行通道和下行通道。
艇载通导控制板和艇载测控控制板上的MCU均采用STM32F407ZET6芯片。
北斗通信模块型号为SN2P110YX；数传电台通信模块型号为FGR2-CE-U；4G网络通信模块型号为H7920；水声通信模块型号为AQUACOMM-oem；GPS定位模块型号为SDI-TIMENAV；惯导定位模块型号为AHRS；雷达探测模块型号为Lawrance；声纳探测模块型号为VA500P；水文气象探测模块型号为AIRMAR 200WX。
本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型采用北斗、4G、数传、水声等多种通信手段，可使得无人艇在水面和水下航行时智能切换主通信方式。同时当主通信方式在一段时间内因故障无法连接时，自动启用备用通信手段，保证通信链路的畅通，提高航行安全。
2、相比传统的无人艇控制装置，本实用新型所阐述的艇载测控分系统在执行控制指令前会融合当前的导航信息以及采集得到的周边目标和环境信息，进行航行环境的综合态势判断，确认已下发的指令是否准确而后进行响应，最大程度的保证无人艇的航行安全。
附图说明
图1显示了本实用新型一种用于无人艇的通信导航控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，一种用于无人艇的通信导航控制系统，包括艇载通导分系统、艇载测控分系统和远程操作平台。
艇载通导分系统包括艇载通导控制板和均与艇载通导控制板相连接的北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块。
北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块分别优选通过RS232接口与艇载通导控制板相连接。
艇载通导控制板的MCU优选采用STM32F407ZET6芯片，完成数据采集、数据解析、数据分发和共享等功能。
北斗通信模块型号优选为SN2P110YX；数传电台通信模块型号优选为FGR2-CE-U；4G网络通信模块型号优选为H7920；水声通信模块型号优选为AQUACOMM-oem；GPS定位模块型号优选为SDI-TIMENAV；惯导定位模块型号优选为AHRS。
艇载通导分系统将通过北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块和水声通信模块，实现北斗、数传电台网络、4G网络和水声通信网络四种不同通信链路与远程操作平台相连接。从而，能在不同的工作环境下，均具有相匹配的通信设备，保证通信链路的畅通，实现无人艇运动状态、艇内设备工作状态、周边目标和环境状态的实时上传和人工遥控、自主巡航等命令的实时下发。
艇载通导分系统并通过GPS定位模块和惯导定位模块进行自身的导航定位，保证导航信息的精准可靠。
艇载测控分系统包括艇载测控控制板和均与艇载测控控制板相连接的雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块和电机驱动模块。
雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块分别优选通过RS232接口与艇载测控控制板相连接。
电机驱动模块优选通过A/D采样接口与艇载测控控制板相连接，通过输出不同的电压量驱动相应的电机驱动模块。
艇载测控控制板上的MCU也优选采用STM32F407ZET6芯片。
雷达探测模块型号优选为Lawrance；声纳探测模块型号优选为VA500P；水文气象探测模块型号优选为AIRMAR 200WX。
艇载测控控制板和艇载通导控制板相连接，优选通过CAN协议点对点连接，构成数据上行通道和下行通道。
雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块用于无人艇周边目标和环境信息的采集。根据工作环境的不同使能不同的探测设备，实时采集运动路径内的目标和环境数据。
艇载测控控制板将汇聚艇载通导控制板传来的通信与导航信息以及雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块所采集的周边目标和环境信息，通过数据处理作出运动响应，一方面将处理后的控制指令发送到电机驱动模块，完成对无人艇的运动控制，另一方面将控制指令信息反馈至艇载通导控制板。
上述导航定位模块、探测模块和水文气象环境测量模块在现有的无人艇或无人机中，属于常用模块，相互组合使用，实现自动避让功能。另外，艇载测控控制板对无人艇的运动控制方法，也属于现有技术，本申请未对控制方法进行改进。本申请中，通过导航定位模块和探测模块的选择，也即根据不同工作环境选择使用GPS定位模块或惯导定位模块，同时根据不同工作环境选择使用雷达探测模块或声纳探测模块。艇载测控控制板根据远程操作平台的指令进行行驶，导航定位模块、探测模块和水文气象环境测量模块实时进行数据监测并将监测数据提供给艇载通导控制板，艇载通导控制板根据内置数据，进行比较判断无人艇四周是否有礁石、浅滩等障碍或异常天气情况，当出现礁石、浅滩等障碍或异常天气情况时，艇载通导控制板与内置的紧急情况进行比较（利用STM32F407ZET6芯片的自身功能），属于紧急情况时，则暂停执行远程操作平台的指令，先进行紧急避让。也即融合当前的位置和环境目标因素，避免由于人为原因造成误判而发布的错误指令，消除安全隐患。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：包括艇载通导分系统、艇载测控分系统和远程操作平台；
艇载通导分系统包括艇载通导控制板和均与艇载通导控制板相连接的北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块；
艇载通导分系统将通过北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块和水声通信模块，实现北斗、数传电台网络、4G网络和水声通信网络四种不同通信链路与远程操作平台相连接；艇载通导分系统还通过GPS定位模块和惯导定位模块进行自身的导航定位；
艇载测控分系统包括艇载测控控制板和均与艇载测控控制板相连接的雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块和电机驱动模块；
艇载测控控制板和艇载通导控制板相连接；雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块用于无人艇周边目标和环境信息的采集；
艇载测控控制板将汇聚并处理艇载通导控制板传来的通信与导航信息以及雷达探测模块、声纳探测模块和水文气象环境测量模块所采集的周边目标和环境信息，一方面将处理后的控制指令发送到电机驱动模块，完成对无人艇的运动控制，另一方面将控制指令信息反馈至艇载通导控制板。
2.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：北斗通信模块、数传电台通信模块、4G网络通信模块、水声通信模块、GPS定位模块、惯导定位模块分别通过RS232接口与艇载通导控制板相连接。
3.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：雷达探测模块、声纳探测模块、水文气象环境测量模块分别通过RS232接口与艇载测控控制板相连接。
4.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：电机驱动模块通过A/D采样接口与艇载测控控制板相连接。
5.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：艇载测控控制板和艇载通导控制板通过CAN协议点对点连接，构成数据上行通道和下行通道。
6.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：艇载通导控制板和艇载测控控制板上的MCU均采用STM32F407ZET6芯片。
7.根据权利要求1所述的用于无人艇的通信导航控制系统，其特征在于：北斗通信模块型号为SN2P110YX；数传电台通信模块型号为FGR2-CE-U；4G网络通信模块型号为H7920；水声通信模块型号为AQUACOMM-oem；GPS定位模块型号为SDI-TIMENAV；惯导定位模块型号为AHRS；雷达探测模块型号为Lawrance；声纳探测模块型号为VA500P；水文气象探测模块型号为AIRMAR 200WX。
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| CN201920150411.7U CN209311913U (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 一种用于无人艇的通信导航控制系统 |
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| CN (1) | CN209311913U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111490832A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-04 | 天津大学 | 一种水声通信装置及系统 |
| CN112463617A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-09 | 中国船舶工业系统工程研究院 | 基于多模拟器的无人艇航行任务控制软件测试方法及系统 |
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2019
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| CN111490832B (zh) * | 2020-06-03 | 2024-01-30 | 天津大学 | 一种水声通信装置及系统 |
| CN112463617A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-09 | 中国船舶工业系统工程研究院 | 基于多模拟器的无人艇航行任务控制软件测试方法及系统 |
| CN112463617B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-04-22 | 中国船舶工业系统工程研究院 | 基于多模拟器的无人艇航行任务控制软件测试方法及系统 |
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