一种无人船通讯方法与流程

本发明属于水下机器人领域，涉及声呐装置在水下机器人领域的应用，具体地说，涉及一种无人船通讯方法。

背景技术：

近年来机器人技术发展迅速，大量适用不同环境的无人设备如无人机，无人车，无人船等，但受到技术等因素的限制这些设备还没有广泛进入民用领域。以无人船为例，现有无人船多为军用，如完成侦查任务，远程攻击任务等。也有一些用于科研领域，比如海洋数据监测，实验样本采集等。在工业上用于一些水中设备的远程维护，工业开采等方面。在民用方面用于钓鱼的无人船在民用市场的需求越来越大，因此对钓鱼用无人船提出了更高的要求。

使用者可以使用控制器对无人船进行远程控制，一般使用者均是在岸上或水面浮船上，通过中转的无人船基站实现对水下无人船的各类控制。但有时，还会出现使用者潜入水下与无人船同行，并要求实现对无人船无线控制的情况。此时，使用者需要一种防水且可实现水下无线信号传输的控制器，以实现对无人船的控制。进一步地，无人船需与使用者保持实时联系，不出现丢失或失散的情况。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种在水中环境中，实现无人船对无人船控制端检测、定位和跟踪、及接收无人船控制端所发指令的无人船通讯方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面公开了一种无人船通讯方法，无人船浮在水面上或潜入水中，无人船的船体上安装有多个声学换能器，无人船控制端上安装有至少一个声学应答器，声学换能器与声学应答器经超短基线系统进行通讯，实现无人船对无人船控制端的检测、定位和跟踪。

进一步地，超短基线系统至少包括数据采集处理装置，所述数据采集处理装置对声学换能器与声学应答器之间所传输信号进行处理，以判断两者间的相对位置和距离；

声学换能器和声学应答器均为声呐装置，且外形为十字结构和/或三角结构；声呐装置通过收发超声波实现对水面和/或水下物体的检测和定位，并通过传输带有控制信号的超声波，发出和/或接收控制指令。

进一步地，无人船控制端独立于无人船设置，浮在水面上或设于水中，为一个或多个；无人船以定距离或定速度跟踪无人船控制端，无人船与无人船控制端间的最大距离为100m-300m。

进一步地，声学换能器还接收来自声学应答器的控制指令并传输至无人船的主控板，无人船控制端经声学应答器及声学换能器实现对无人船的控制。

进一步地，声学应答器控制无人船的摄像单元进行定点拍摄和/或连续拍摄和/或定时拍摄；和/或控制无人船调整自身姿态；和/或控制无人船变换运行方向和速度。

进一步地，包括以下步骤：

s1、无人船通过设于其上的声学换能器首先发出超声波，以检测浮于水面和/或潜入水下的无人船控制端；

和/或无人船控制端的声学应答器首先发出超声波，以检测浮于水面和/或潜入水下的无人船；

s2、相互检测到的无人船与无人船控制端进行配对，无人船对无人船控制端进行定位，并以定速度或定距离跟踪；

s3、无人船控制端通过声学应答器发出控制指令，无人船接收控制指令进行摄像动作和/或姿态调整和/或速度方向调整。

进一步地，无人船控制端为多个，多个无人船控制端与无人船之间，和/或多个无人船控制端之间通过发出不同波段的超声波进行自我标识和通信。

进一步地，无人船控制端佩戴于使用者身上，使用者浮在水面上或潜入水中，通过无人船控制端引导无人船跟随并对无人船进行控制，所述无人船控制端为手环。

进一步地，使用者通过无人船控制端发出报警信号，经无人船和/或设于水面的无人船基站与地面进行通信并报警；所述报警信号包括无人船故障或水下环境报警。

进一步地，多个无人船控制端同时对无人船进行控制时，其控制信号依预设的优先级执行；

无人船为多个时，多个无人船经声学换能器彼此进行检测和定位，通过调整位置及速度协同进行水下作业。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的无人船通讯方法仅使用少量的声呐装置，通过超短基线定位系统，即可实现对水中无人船控制端的检测、定位和跟踪，成本低，且声呐装置使用效率高；无人船对水中运动的无人船控制端进行定位追踪，确保了两者联系紧密，方便无人船控制端对无人船的控制；无人船控制端为人体可戴的手环，人佩戴有手环后在水下对无人船进行引导，保证了无人船在水下的运行安全，以及满足了个性化的无人船控制需求；无人船控制端在水下时，通过发射超声波即可实现对无人船的控制，进一步地还可发出控制指令指导无人船进行姿态调整、速度调整、方向调整和水下摄影摄像等动作，综合各类控制后可有效实现水下无人船的定点或定时或连续的拍摄，保证了拍摄角度的准确，相较水上控制端的摄像控制更精准清晰，避免了摄像失效的情况，节约了无人船的存储空间，提升了用户的使用体验；进一步地，多个无人船还可互相通过声呐装置进行通讯，协同水下作业，实现水下鱼群围猎等动作，拓宽了无人船的使用途径；当佩戴有手环的人在水下活动时，若发生意外状况还可通过手环进行报警，报警信号以超声波的形式先传输至无人船上或无人船的水面基站上，最后发送报警信号至水上移动终端上，实现水下报警，提升了使用时的安全系数。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本发明实施例中一种无人船声呐通信结构示意图；

图2是本发明实施例中一种无人船通讯方法的流程示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图中未示出，本实施例所述的一种安装有声呐装置的无人船。该无人船可浮在水面上，也可潜入水中，具体地，该无人船可潜入水中贴近水中物体拍摄其形状，或对水下运动的鱼类等影像进行记录。进一步地，该无人船还可用于拍摄水中摄像摄影作品。其中，对于水下物体的拍摄还涉及到：对无人船姿态的调整、运行方向的调整和运行速度的调整。

在无人船上设有声呐装置，声呐装置为多个，每个声呐装置可沿一个方向或多个方向发出超声波。声呐装置主要在水环境中使用，它通过收发超声波实现对水面物体或水中物体的检测并定位，具体地，对物体的定位需要多个声呐装置辅助实现。

本实施例的声呐装置为十字形或三角形状，一方面用于实现无人船的跟踪功能，更具体地，用于实现无人船对水下可移动无人船控制端的定位跟踪；另一方面用于实现对无人船的控制，声呐装置通过接收无人船外部声呐装置发来的带有控制信号的超声波，对无人船的运行及拍摄等进行控制。

无人船控制端此处具体指位于水面或水中的，具有声呐装置的控制端。通过声呐装置，无人船检测判断无人船控制端的存在、位置或速度，并依内设的程序，控制无人船的方向和驱动，对无人船控制端进行定距离或定速度跟踪。优选地，无人船与无人船控制端间的最大距离为100m-300m。

再进一步地，无人船控制端发出带有控制信号的超声波，此处的控制信号传输至无人船的主控板，对无人船的动作进行控制。如：发出无人船运行或拍摄的控制信号，无人船通过声呐装置接收到后执行该控制指令，控制其摄像头工作进行拍摄。具体地，此处的拍摄为定点拍摄和/或连续拍摄和/或定时拍摄和/或具有清晰度要求的拍摄，可拍摄照片或进行录影。

除了以上对无人船控制进行拍照摄影后，无人船控制端还发出控制信号至无人船控制其调整姿态，如：当使用者发现当前无人船运行不平稳，可发出控制指令控制无人船调整姿态保持平稳运行。无人船控制端还发出控制信号至无人船调整运行方向和速度等，此时由于无人船控制端也位于水下，可以实时对无人船的运行进行监测。当然此处只是举例说明，鉴于无人船主控板可对无人船进行多种控制，无人船控制端可发出多种信号随时对无人船进行控制，一方面保证无人船运行正常，另一方面对无人船进行灵活控制实现多种水下工作任务。

实施例二

如图1所示，为本发明实施例中一种无人船声呐通信结构示意图，本实施例为上述实施例一的进一步限定。此处，具体地，设于无人船上的声呐装置为声学换能器，设于无人船控制端上的声呐装置为声学应答器，声学换能器与数据采集处理模块相连，对接收到的声呐装置或声呐信息进行处理。本实施例中数据采集处理模块设于无人船上，或设于与无人船线缆相连的基站上。优选的，声学应答器与数据采集处理模块相连。

声学换能器与声学应答器之间基于超短基站定位系统实现通信，有效适用于水下环境的同时，还最大化地削减了声呐装置的数量，数据采集处理模块对声学换能器与声学应答器之间所传输信号进行处理，以判断两者间的相对距离和位置。

进一步地，声学换能器和声学应答器均为声呐装置，且外形为十字结构或三角结构，均基于超短基站定位系统的特性而设计。

进一步地，声学换能器接收来自声学应答器的控制指令，并传输至无人船的主控板，无人船控制端经声学应答器及声学换能器实现了对无人船的控制。优选的，声学换能器、数据采集处理模块及无人船主控板均设于无人船上。

进一步地，声学应答器佩戴在人体上，组成无人船控制端，无人船控制端的功能可进行扩充，还附加有部分无人船的功能，如：该无人船控制端还配设有摄像头，可直接进行自体拍摄，并与无人船或无人船基站或其他佩戴有声学应答器的无人船控制端进行通信，进行数据和图像的传输。

实施例三

如图2所示，为本实施例所述的一种无人船通讯方法的流程示意图。该声呐控制方法主要用于无人船与无人船控制端之间的控制，通过设于两者的声呐装置，一方面水中可移动的无人船控制端引导无人船跟随自己，另一方面无人船控制端向无人船发出控制指令，控制无人船进行水中摄影等动作。

首先，无人船通过设于其上的声呐装置发出超声波，对水中或水面潜在的物体进行检测，当其他声呐装置或设有声呐装置的无人船控制端接收到超声波后，与无人船进行通信匹配实现两者配对。

或者，其他声呐装置或设有声呐装置的无人船控制端发出超声波，无人船接收到超声波后与之进行配对。当无人船完成与设有声呐装置的无人船控制端的配对后，无人船对无人船控制端进行定位并跟踪，具体地，此处的跟踪为定距离跟踪或定速度跟踪。无人船与无人船控制端间的最大距离为100m-300m，当两者间的距离越大时，实现两者通信的装置消耗的功率越大。在无人船实现对无人船控制端的跟踪时，宜综合功率和距离进行考量，实现功率消耗少和距离较远的双赢情况。

进一步地，在无人船跟踪无人船控制端的过程中，无人船控制端通过声呐装置发出控制指令，此处的控制指令为带有控制信号的超声波，无人船接收控制指令后，进行摄像动作和/或姿态调整和/或姿态调整和/或速度方向调整。

这样的设计好处在于：水下不同于陆上，使用声呐通信较为方便，当使用者需要下到水底引导无人船进行相关作业时，使用者与无人船利用声呐进行定位跟踪是较优的选择。

此处的具体使用场景包括：海底沉船或水底文物等现场拍摄时，由配置有声呐装置的使用者也即无人船控制端引导无人船进行水下作业；也可为使用者引导无人船拍摄水下一些不易发现的角落，或使用者引导无人船拍摄速度快较难捕捉的生物；也可为水下录像或摄影等。

或者，当无人船在水下执行鱼类捕捞时，无人船控制端对无人船进行智能实时控制，提升鱼类捕捞的效率，避免了无人船通过自适应调节捕鱼时的动作盲区。此时，无人船控制端可灵活地对无人船的运行方向、速度和姿态进行调节。

此处只是对优选状况进行举例描述，可以将本实施例的无人船控制端理解为一高智能化的控制端，对无人船在水下可能遇到的各种意外状况进行处理，除此之外，还可依据水下情况的变化对无人船的动作进行实时调整，如当遇到风景优美的环境时进行连续拍摄，或遇到海底珍稀动物时进行抓拍或蹲点拍摄，或遇到水底暗流时调整无人船运行路线保证安全，或在无人船上设置盛放物体的附加装置如鱼网或托盘等装置，将海底采集的物体通过无人船运行至水面，采集的物体可以为海底生物、或考古资料等。

实施例四

本实施例为上述实施例三的进一步限定，所述的无人船控制端为一个或多个，当无人船控制端为多个时，多个无人船控制端同时对无人船进行控制时，依据预先设置的优先级执行多个无人船控制端发来的控制指令。

进一步地，为实现无人船对多个无人船控制端的有效区分，多个无人船控制通过发出不同波段的超声波进行自我标识和区分，或通过发出带有不同信息的超声波进行自我标识和区分。进一步地，多个无人船控制端之间也可通过发出不同的超声波进行彼此检测和定位。

本实施例所述的无人船控制端为可佩戴于人体的装置，可佩戴于腰上、脚腕上、腿部或手腕胳膊上。优选的，本实施例所述的无人船控制端为手环，可佩戴在人体上。当人携带手环潜入水中后，人即可通过手环与水面或水中的无人船进行通信，引导无人船跟随人体进行活动，并控制无人船进行水下拍照等动作。

当有多个手环时，或多个人在水下，同时要对无人船进行控制时，多个人除了通过预设优先级对无人船进行控制外，还可彼此通过手环进行通信，确定彼此的位置等，此处多人的通信还可通过无人船或无人船基站进行中转实现。

当水下环境复杂，任意使用者还可通过手环上的声呐装置发出报警信号。进一步地，报警信号中包含有当前使用者的位置。此处，手环上声呐装置所发出的报警信号经无人船中转传输至无人船基站，或手环上声呐装置所发出的报警信号直接发送至漂浮在水面的无人船基站，无人船基站上设有通信模块，将接收到的手环报警信号进行转换后传输至地面移动终端，进行报警。提醒地面使用者，对水下无人船或手环使用者进行救援。

进一步地，使用者的手环除设有声呐装置外，还具有运动健康手环的功能。手环对佩戴者的身体状况进行监测，对使用者的心跳、呼吸状态、移动路程、血压等数据进行监控，并传输至监测端显示，和/或手环对上所述数据进行处理，当发现以上数据异常时，进行报警提醒，此处的报警提醒为使用者身体报警，可在监测端进行报警，也可通过手环发出报警信号。

实施例五

本实施例为上述实施例三的进一步限定，所述的无人船为多个，多个无人船上均安装有声呐装置，多个无人船通过声呐装置进行彼此检测、识别、定位、跟踪等动作，进一步地，多个无人船在水中环境中通过声呐装置进行通信传输信号，彼此配合协同完成水下作业。如：需要进行水下围猎捕鱼等动作，需要多个无人船协同工作时，可通过声呐实现彼此联结。

进一步地，此时人还可通过手环在水下对多个无人船形成的无人船阵列进行控制。无人船除可进行水下围猎外，还可在外部控制下排练和变换位置，进行水中表演等动作。本实施例的声呐通信方法，相较于地面控制器通过基站中转对无人船的控制，更简易方便。

具体地，当需要对大型鱼群进行围猎捕捞时，单一的无人船无法兼顾并实现围猎。多个无人船在水下协同进行作业，通过设于自身的声呐装置进行通讯，可以有效确定彼此的位置，方便了定位。相较于各自传输信号至水上再进行定位控制而言，无人船群直接在水下使用声呐装置进行通信效果更优良，且简化了操作流程。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。