一种无人船编队系统的制作方法

本发明涉及无人船控制领域，更具体地，涉及一种无人船编队系统。

背景技术：

近年来，自主无人船是水面航行器研究的一个热点，其技术基础是自主运动控制技术。目前无人船的应用案例很多，但在无人船编队研究方面，目前极少见到公开资料介绍。在中国发明专利cn107037816a中公开了一种无人船编队系统。岸基监控系统包括上位机和岸基zigbee通信模块，上位机与岸基zigbee通信模块连接，船载控制系统包括微控制器及分别与微控制器连接的船载zigbee通信模块、gps传感器、姿态传感器和执行机构。将岸基zigbee通信模块设置为主节点，船载zigbee通信模块设置为从节点，岸基监控系统对无人船采用广播通信方式，无人船对岸基监控系统采用点对点通信方式。

在这种无人船编队系统中，岸基zigbee通信模块通过zigbee通信网络与所有的zigbee通信模块进行通信。但是zigbee是基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。工作于通用频段2.4ghz最大传输速率为250kbps，通信距离在10-100m，即便通过其他节点转发其通信距离也不过几公里，只能在近海或者内河距离岸基较近区域使用。

技术实现要素：

针对目前在无人船编队研究中，由于zigbee通讯距离短，并不能真正意义上的自主航行的问题，本发明提出一种无人船编队系统，本发明采用的技术方案是：

一种无人船编队系统，包括船载控制系统和岸基控制系统；

所述的船载控制系统设置在无人船的船体上，船载控制系统包括船端控制主机、航行信息采集设备、抗干扰自组织网电台、船载卫星通信终端和动作执行机构；船端控制主机分别与航行信息采集设备、抗干扰自组织网电台、船载卫星通信终端和动作执行机构进行电连接；无人船之间通过抗干扰自组织网电台进行信息交互；

所述的岸基控制系统包括基岸卫星通信终端与上位机，上位机与岸基卫星通信终端进行电连接；

所述的船载控制系统与岸基控制系统进行卫星通信。

本发明提供的无人船控制系统，使用抗干扰自组织网电台实现无人船编队之间信息交互，定义其中一抗干扰自组织网电台作为网络汇节点。抗干扰自组织网电台网络将无人船编队各个无人船的航行状态信息、控制信息、作业过程信息以多跳方式传送至抗干扰自组织网电台网络汇节点；抗干扰自组织网电台网络汇节点通过船载卫星通信终端与岸基卫星通信终端进行卫星通信。抗干扰自组织网电台网络汇节点将数据发送到船载卫星通信终端，船载卫星通信终端将数据发送至通信卫星，通信卫星将数据转发至岸基监控系统的岸基卫星通信终端。

在一种优选方案中，所述的航行信息采集设备包括gps电罗经、ais船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统，gps电罗经、ais船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统依次与船载控制主机进行电连接。航行信息采集设备采集无人船的多种航行信息并传输到船端控制主机，船端控制主机将数据通过船载卫星通信终端进行发送，岸基卫星通信终端接收数据并在上位机上进行显示，工作人员对无人船的航行状态进行分析，通过控制动作执行结构调整无人船在编队中的位置。

在一种优选方案中，所述的无人船包括水质水文参数信息收集传感器组，水质水文参数信息收集传感器组与船载控制主机进行电连接。

在一种优选方案中，所述的抗干扰自组织网电台为宽频抗干扰自组织网电台，宽频抗干扰自组织网电台具有不依托固定基础设施、组网快速、分布式无中心、自主移动、抗毁性的特点。

在一种优选方案中，所述的宽频抗干扰自组织网电台数据支持8跳，支持单播、组播和广播，单跳端到端传输时延不大于25ms，128kbps速率单跳最大通信距离≥2km，2048kbps速率单跳最大通信距离≥1km，多级级联通信距离≥10km，满足不低于180公里/小时的相对移动速度，满足数据传输的多跳中继，完成区域的通信覆盖和作业协同。

在一种优选方案中，所述上位机与岸基卫星通信终端通过串口通信协议进行连接。

在一种优选方案中，所述的gps电罗经与ais船舶自动识别系统通过rs232接口接入船端控制主机。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供给的无人船编队系统可保持一定队形并搭载相关传感器进行作业，能对目标水域进行无死角的拉网式搜索和探测等作业功能，比传统单船探测提高了作业效率、降低了作业时间、保证了作业精度。

附图说明

图1为本发明提供的一种无人船编队系统的工作结构简图；

图2为本发明提供的一种无人船编队系统的无人船编队自组网电台网络拓扑结构；

图3为本发明提供的一种无人船编队系统的无人编队自组网电台网络拓扑路由树。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种无人船编队系统，包括船载控制系统1和岸基控制系统2；

所述的船载控制系统设置在无人船的船体上，船载控制系统包括船端控制主机3、航行信息采集设备4、动作执行机构5、船载卫星通信终端6和抗干扰自组织网电台7；船端控制主机3分别与航行信息采集设备4、动作执行机构5、船载卫星通信终端6和抗干扰自组织网电台7进行电连接；无人船之间通过抗干扰自组织网电台7进行信息交互；

所述的岸基控制2系统包括上位机8和基岸卫星通信终端9，上位机8与岸基卫星通信终端9进行电连接；

所述的船载控制系统1与岸基控制系统2进行卫星通信。

本发明提供的无人船控制系统，使用抗干扰自组织网电台7实现无人船编队之间信息交互，定义其中一抗干扰自组织网电台作为网络汇节点。抗干扰自组织网电台7将无人船编队各个无人船的航行状态信息、控制信息、作业过程信息以多跳方式传送至自组织网电台网络汇节点；抗干扰自组织网电台网络汇节点通过船载卫星通信终端6与岸基卫星通信终端9进行卫星通信。抗干扰自组织网电台网络汇节点将数据发送到船载卫星通信终端6，船载卫星通信终端6将数据发送至通信卫星，通信卫星将数据转发至岸基监控系统2的岸基卫星通信终端9。

在一种优选方案中，所述的航行信息采集设备4包括gps电罗经、ais船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统，gps电罗经、ais船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统依次与船载控制主机3进行电连接。航行信息采集设备4采集无人船的多种航行信息并传输到船端控制主机3，船端控制主机3将数据通过船载卫星通信终端6进行发送，岸基卫星通信终端6接收数据并在上位机8上进行显示，工作人员对无人船的航行状态进行分析，调整无人船在编队中的位置。

在一种优选方案中，所述的船载控制系统1包括水质水文参数信息收集传感器组，水质水文参数信息收集传感器组与船载控制主机3进行电连接。

在一种优选方案中，所述的抗干扰自组织网电台7为宽频抗干扰自组织网电台，宽频抗干扰自组织网电台具有不依托固定基础设施、组网快速、分布式无中心、自主移动、抗毁性的特点。

在一种优选方案中，所述的宽频抗干扰自组织网电台数据支持8跳，支持单播、组播和广播，单跳端到端传输时延不大于25ms，128kbps速率单跳最大通信距离≥2km，2048kbps速率单跳最大通信距离≥1km，多级级联通信距离≥10km，满足不低于180公里/小时的相对移动速度，满足数据传输的多跳中继，完成区域的通信覆盖和作业协同。

在一种优选方案中，所述上位机8与岸基卫星通信终端9通过串口通信协议进行连接。

在一种优选方案中，所述的gps电罗经与ais船舶自动识别系统通过rs232接口接入船端控制主机3。

在一种优选方案中，所述的船端控制主机3包括通信接口单元、数据采集处理单元、智能控制单元，

所述的通信接口单元为多模态通信接口模块，多模态通信接口模块与无线电台进行电连接；

所述的数据采集处理单元用于接收航行信息采集设备和水质水文参数信息收集传感器组的数据，对多源传感器信息融合处理模块进行数据处理；

所述的智能控制单元包括动作控制—任务分解模块、船舶操控动作控制器和动作执行器模块，动作控制—任务分解模块、船舶操控动作控制器和动作执行器模块与动力驱动装置进行电连接。

实施例2

本实施例提供一种无人船编队系统，在使用过程中，船载控制系统3可实现智能化自主循迹与交互作业功能，岸基监控系统2中上位机8将任务参数经由卫星通信网络广播告知各船任务，各无人船船端控制主机1智能控制算法智能控制通过抗干扰自组织网电台7实时交互通信实现自主循迹与交互作业功能，岸基监控系统2中上位机8实时显示无人船编队各船状态，在必要是可随时人工介入控制。船载控制系统功能框架图如附图2所示。

实施例3

本实施例提供一种无人船编队系统，如图2所示，无人船上所载抗干扰自组织网电台的组网拓扑结构如图，s节点无人船上自组织网电台为汇节点，该船安装有卫星通信终端6。在实施例二中岸基监控系统2中上位机8将任务参数经由海事卫星发送至s节点的船载卫星通信终端6，船载卫星通信终端6将数据转发至抗干扰自组织网电台7汇节点，汇节点判断数据类型要进行全网广播发送。源节点发送数据不可直达目的节点e、f、g、h，源节点与该自组织网中任一目的节点最大支持8跳。如果s节点要发送数据至距离最远节点g，根据网络拓扑可得到如附图3所示四条路径可达节点g。在本发明中采用静态路由与动态路由混合计算判断的选路算法实现最终择优选择一条路径实现源节点s至目的节点g的数据传输。以此类推，可实现源节点至全网节点数据广播发送。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。