一种基于无人船的无人船-水下潜器作业系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于无线通信技术领域，特别涉及一种基于无人船的无人船-水下潜器作业系统。
【背景技术】
[0002]21世纪是人类向海洋进军的时代。广阔的海洋中包含有丰富的生物资源、矿产资源和海洋能源，毫无疑问是一个巨大的宝库。海洋空间与资源不仅是当今世界军事、经济竞争的重要领域，也是一个临海国家与民族持续安泰昌盛的战略基地。为了探索和开发海洋，各国都在大力进行深海探测器技术的开发。
[0003]目前，在实现水下探测网络的数据回传过程中，现有的技术在进行传输的时候既要花费大量的人力物力财力，而且在传输过程当中需要花费的时间过长，严重影响整个网络的工作效益。
[0004]对于水下图像采集作业或水下光学观测作业来说，水下潜器在水下采集图像、视频信息，一般通过水下声学通信将数据传输给船艇，而水下声学通信技术时延较大、带宽有限；或是将采集到的数据储存在存储器里，待到岸上进行提取，此方法效率很低。这两种数据采集方法严重制约着大规模、高精度水下观测作业的发展。采用无人船搭载光通信系统的方式具有保密性好、机动灵活、信息容量大、时延小、抗干扰等优点，可保证与水下固定传感通信设备通信时的隐蔽与安全。
[0005]针对目前水下数据获取存在的问题，需进一步探索和研究一种基于无人船的新颖的无人船-水下通信系统，提高无人船-水下通信链路容量，加快数据获取的速率，为国家海洋战略提供强有力的技术支持。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有获取数据快、灵活度高、实施范围广等优点的无人船-水下通信系统。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是:
[0007]提供一种基于无人船的无人船-水下潜器作业系统，包括无人船和水下潜器，所述无人船为具有信号中继作用的设施(包括浮标等)；
[0008]所述水下潜器上搭载有传感器单元、存储器单元B和水下潜器光通信模块，传感器单元用于采集水下信息，存储器单元B用于存储传感器单元采集的数据，水下潜器光通信模块用于发送传感器单元采集的数据并接收无人船发出的控制信号；
[0009]所述水下潜器光通信模块包括第二 ARM处理器、第二偏置驱动电路、第二光源、第二发射端透镜组单元、第二接收端光汇聚器、第二光电探测器和第二放大滤波整形电路;所述第二ARM处理器能对收到的电信号进行处理并判断是否为数据请求命令信号，且能在收到的电信号为数据请求命令信号时，发送反馈信号给第二偏置驱动电路，第二 ARM处理器还能将传感器单元获取的数据存储到存储器单元B中并发射;所述第二偏置驱动电路能将第二 ARM处理器输出的信号调制到第二光源上，用于控制第二光源发射光信号;所述第二发射端透镜组单元用于使第二光源发出的光信号经过后，形成预设的发射角度;所述第二接收端光汇聚器能汇聚光信号;所述第二光电探测器能探测到第二接收端光汇聚器接收的光信号，并将光信号转化为电信号;所述第二放大滤波整形电路用于对第二光电探测器转化得到的电信号进行处理后，输出给第二 ARM处理器。
[0010]在本发明中，所述第二ARM处理器采用STM32F103C8。
[0011]在本发明中，所述第二放大滤波整形电路中，采用了芯片TC4427和芯片74HC14串耳关。
[0012]在本发明中，所述第二偏置驱动电路中，采用了芯片THS7631和芯片LM7171串联。
[0013]在本发明中，所述传感器单元支持RS232或者USB数据接口通信方式。
[0014]在本发明中，所述无人船上搭载有控制单元、无人船光通信模块、扫描定位单元、定位单元和存储器单元A;所述控制单元是基于ARM处理器的控制模块，用于根据预设目标控制无人船各部件的配合运行;所述扫描定位单元是无人船在初始阶段与水下潜器对接的通信模块，扫描定位单元能通过无人船光通信模块发出光信号，并利用无人船光通信模块接收水下潜器发送的反馈信号，用于实现无人船对水下潜器所在区域的扫描定位;所述定位单元采用GPRS或陀螺仪定位模块，用于定位无人船自身所在位置;所述存储器单元A用于存储无人船光通信模块接收的数据；
[0015]所述无人船光通信模块包括第一 ARM处理器、第一偏置驱动电路、第一光源、第一发射端透镜组单元、第一接收端光汇聚器、第一光电探测器和第一放大滤波整形电路，用于接收水下潜器光通信模块发送的数据及发送控制信号;所述第一 ARM处理器能发送控制信号给控制单元、能输出数据请求命令信号、能对收到的电信号进行处理;所述第一偏置驱动电路能将第一 ARM处理器输出的数据请求命令信号调制到第一光源上，用于控制第一光源发射光信号;所述第一发射端透镜组单元用于使第一光源发出的光信号经过后，形成预设的发射角度;所述第一接收端光汇聚器能汇聚水下潜器发送的光信号;所述第一光电探测器能将第一接收端光汇聚器接收的光信号转化为电信号;所述第一放大滤波整形电路用于对第一光电探测器转化得到的电信号进行处理后，输出给第一 ARM处理器。
[0016]在本发明中，所述第一ARM处理器采用STM32F103C8，第一放大滤波整形电路中采用了芯片TC4427和芯片74HC14串联，第一偏置驱动电路中采用了芯片THS7631和芯片LM7171 串联。
[0017]在本发明中，所述存储器单元A和存储器单元B支持USB数据接口通信方式。
[0018]在本发明中，所述无人船光通信模块和水下潜器光通信模块的信号载波采用蓝光或者绿光，即第一光源和第二光源都采用蓝光LED阵列或者绿光LED阵列；其中，采用的LED阵列产生的光源信号波长介于450?550nm之间，功率为3?5W。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020]本发明以无人船为载体来完成无人船-水下双向通信，且水下数据通信采用蓝绿光等可见光信号作为传输介质，相比于其他固定的、有线的光通信方式，采用基于无人船的无人船-水下通信方式具有获取数据快、灵活度高、实施范围广等优点；而且采用LED或LD等光源产生光信号，可以降低系统成本，且可靠性高，该发明能够实现整个无人船-水下通信链路的实时数据快速回传功能。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的整体构成示意图。
[0022]图2为本发明中无人船的结构示意图。
[0023]图3为本发明中水下潜器的结构示意图。
[0024]图中的附图标记为:I水下潜器;2无人船；11控制单元;12无人船光通信模块；13扫描定位单元;14定位单元；15存储器单元A; 21存储器单元B ； 22水下潜器光通信模块;23传感器单元；121第一 ARM处理器；122第一偏置驱动电路；123第一光源；124第一发射端透镜组单元;125第一接收端光汇聚器;126第一光电探测器;127第一放大滤波整形电路;221第二 ARM处理器;222第二偏置驱动电路;223第二光源;224第二发射端透镜组单元;225第二接收端光汇聚器;226第二光电探测器;227第二放大滤波整形电路。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0026]如图1所示，一基于无人船的无人船-水下潜器作业系统，包括无人船2和水下潜器
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[0027]如图2所示，无人船2上搭载有控制单元11、无人船光通信模块12、扫描定位单元13、定位单元14和存储器单元A15。
[0028]所述控制单元11具体是指:基于ARM处理器的控制模块，用于根据预设目标控制无人船2各部件的配合运行。所述扫描定位单元13具体是指:无人船2在初始阶段与水下潜器I对接的光通信模块，扫描定位单元13能通过无人船光通信模块12发出光信号，并利用无人船光通信模块12接收水下潜器I发送的反馈信号，用于实现无人船2对水下潜器I所在区域的扫描定位。所述定位单元14具体是指:GPRS或陀螺仪定位模块，用于定位无人船2自身所在位置。所述存储器单元A15用于存储无人船光通信模块12接收的数据。
[0029]所述无人船光通信模块12包括第一 ARM处理器121、第一偏置驱动电路122、第一光源123、第一发射端透镜组单元124、第一接收端光汇聚器125、第一光电探测器126和第一放大滤波整形电路127，用于接收水下潜器光通信模块22发送的数据及发送控制信号;所述第一 ARM处理器121能发送控制信号给控制单元11、能输出数据请求命令信号、能对收到的电信号进行处理;所述第一偏置驱动电路122能将第一 ARM处理器121输出的数据请求命令信号调制到第一光源123上，用于控制第一光源123发射光信号;所述第一发射端透镜组单元124用于使第一光源123发出的光信号经过后，形成预设的发射角度;所述第一接收端光汇聚器125能汇聚水下潜器I发送的光信号;所述第一光电探测器126能将第一接收端光汇聚器125接收的光信号转化为电信号;所述第一放大滤波整形电路127用于对第一光电探测器126转化得到的电信号进行处理后，输出给第一 ARM处理器121。
[0030]无人船2的各单元位置和功能连接关系是:所述第一ARM处理器121根据定位单元14提供的定位信息和水下潜器I放置时所处的区域位置，发送控制信号给控制单元11，控制无人船2移动到水下潜器I所在的区域；当移动到所在区域后，扫描定位单元13通过第一ARM处理器121发出数据请求命令信号，第一偏置驱动电路122将第一光源123的工作状态调整在线性工作区，以减小信号的失真和增大光源工作带宽，并将第一ARM处理器121输出的数据请求命令信号调制到第一光源123上，第一光源123发出光信号，光信号经过第一发射端透镜组单元124均匀扩束，形成预设的发射角度；当成功扫描到水下潜器I的位置