用于水下无人航行器的岸基/水面信息显控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下无人航行器领域，具体地说是用于水下无人航行器的岸基/水面信息显控系统及方法。
【背景技术】
[0002]以往的水下无人航行器岸基/水面信息显控设备由于受到通信技术的影响，往往采用简易的组合通信方式，如采用水面线缆加无线电台或水声设备，传输的数据量、通信距离很有限，一般只有几公里左右，一旦水面有遮挡就无法进行无线通信，还会受到各类回波反射、水下噪声等干扰，易出现信号质量差，网络中断，网络延迟现象。这种通信系统的可靠性较低，一旦工作失效，就会使水面信息显控设备与水下无人航行器失去通信连接。这样会对水下无人航行器的实时、有效监控带来很大的困难，很难保证水下无人航行器的航行安全。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种基于融合通信的岸基/水面信息显控系统及方法，实现了对水下无人航行器进行全方位(水面、水下环境下)的状态实时监视与操控，该水面信息显控系统传输距离远、传输信号稳定、可靠，并可实现非视距无线视频传输，使其对水下无人航行器的监控能力大大增强，可以充分保障水下无人航行器的航行安全。
[0004]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:
[0005]一种用于水下无人航行器的岸基/水面信息显控系统，多通信模块一端连接水下无人航行器，另一端连接工控计算机，用于实现工控计算机和水下无人航行器之间的通信连接；
[0006]卫星导航单元连接工控计算机，用于将采集岸基/水面信息显控系统的当前位置信息发送给工控计算机；
[0007]显示单元连接工控计算机，用于显示水下无人航行器的状态信息和位置信息及岸基/水面信息显控系统的位置信息；
[0008]操控单元连接工控计算机，对工控计算机发出控制命令。
[0009]所述多通信模块包括无线电台、卫星通讯模块、微波通信模块、水声通信设备和水面线缆；
[0010]所述无线电台一端连接工控计算机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行无线电通信；
[0011]所述卫星通讯模块一端连接工控计算机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行卫星通信；
[0012]所述微波通信模块一端连接工控计算机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行微波通信；
[0013]所述水声通信设备一端连接工控计算机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行水声通信；
[0014]水下无人航行器还通过水面线缆连接到工控计算机，用于有线通信。
[0015]所述工控计算机包括数据通讯模块、数据融合模块、图形显示模块和命令决策模块；
[0016]所述数据通讯模块连接多通信模块，用于多通信模块和工控计算机板卡的数据采集和解析工作，负责多通信模块状态的更新；
[0017]所述命令决策模块一端连接数据通讯模块，用于与数据通讯模块进行数据的交互；另一端连接操控单元，接收操控单元发送的命令；
[0018]所述数据融合模块一端连接数据通信模块，接收数据通讯模块采集的数据，并且按照融合算法进行数据融合，将数据融合结果反馈给数据通讯模块；另一端连接图形显示模块；
[0019]所述图形显示模块连接显示单元，用于接收数据融合模块发送的位置、姿态信息，并以动画形式发送给显示单元。
[0020]一种用于水下无人航行器的岸基/水面信息显控方法，通过卫星导航单元采集岸基/水面信息显控系统的当前位置信息，将当前位置信息反馈到工控计算机；
[0021]岸基/水面信息显控系统选择与水下无人航行器的通信方式，得到水下无人航行器的状态信息和位置信息，并传到工控计算机；
[0022]工控计算机进行数据采集，且将采集到的多通信模块数据进行解析，再将解析后的数据进行数据融合处理，发送到显示单元，操控单元根据显示单元显示的数据融合处理结果发出控制命令，通过工控计算机发送给多通信模块，最终发送到水下无人航行器，实现对水下无人航行器的实时控制。
[0023]所述岸基/水面信息显控系统选择与水下无人航行器的通信方式包括以下过程:
[0024]如果水下无人航行器在水面工作，无线电台通过无线电通信方式与工控计算机进行通信；
[0025]或，卫星通讯模块通过卫星通信方式与工控计算机进行通信；
[0026]或，微波通信模块通过微波通信的方式与工控计算机进行通信；
[0027]如果水下无人航行器在水下工作，水声通信设备通过水声通信方式与工控计算机进行通信；
[0028]或，水面线缆通过有线通信方式与工控计算机进行通信。
[0029]所述数据融合处理包括以下过程:
[0030]首先初始化融合算法参数，计算多通信模块参数的贝叶斯估计，并合成概率分布函数，之后进入周期循环；
[0031]每个周期首先更新融合数据状态，之后获取数据通讯模块提供的实时设备数据；
[0032]如果多通信模块有设备故障，则更新多通信模块设备参数的贝叶斯估计，重新计算合成概率分布函数；
[0033]根据分析联合分布函数的似然函数，根据似然函数最小值条件计算融合算法参数，得到最终融合值并提供给图形显示模块，完成数据融合处理。
[0034]如果多通信模块没有设备故障，则直接分析联合分布函数的似然函数，根据似然函数最小值条件计算相关参数，计算最终融合值并提供给图形显示模块，完成数据融合处理。
[0035]工控计算机的数据采集和解析过程包括:
[0036]数据通讯模块首先初始化与多通信模块交互的各通讯线程参数和工控计算机各板卡参数；
[0037]然后各线程查询自身的消息队列，如果消息队列有命令决策模块发送的消息，则与设备通讯的线程通过自身的通讯信道将命令发送给多通信模块；
[0038]采集工控计算机板卡数据，将采集的板卡数据换算成状态参数；
[0039]如果多通信模块有数据，与多通信模块通讯的线程将各自通讯信道上的数据从缓冲区取出并进行解析，将解析后的数据发送到命令决策模块，且将需要融合的数据发送到数据融合模块。
[0040]如果消息队列没有命令决策模块发送的消息，则直接采集工控计算机板卡数据。
[0041]如果多通信模块没有数据，判断三个采集周期是否均无数据，如果三个采集周期均无数据，则上报给用户设备无数据故障，反之设备无数据标示加1.
[0042]本发明具有以下有益效果及优点:
[0043]1.岸基/水面信息显控系统可根据与水下无人航行器的通信距离及通信内容要求对通信方式进行切换，多种通信方式之间互为冗余，保证了其工作稳定，可靠。
[0044]2.岸基/水面信息显控系统采用信息融合技术，对多种通信方式的数据进行采集、解析、融合处理，保证了各种数据交互和命令发送的正确性、有效性，提高了系统工作的可靠性。
[0045]3.通信距离范围大、可实现远距离视频传输。从岸基上的近距离有线通信