一种自航模航行操纵控制系统的制作方法

本发明涉及水下航行器自航模操纵控制设备技术领域，更具体的说是涉及一种自航模航行操纵控制系统。

背景技术：

在水下航行器的设计建造中，操纵控制性能始终是设计者关注和控制的一个目标，是水下航行器航行重要的性能之一，是指航行器在控制装置的作用下，按照驾驶者的意图保持或者改变运动状态的性能，而且航行器操纵控制性能与航行的安全性密切相关。

目前，在研发设计阶段，一般可以通过水下航行器自航模操纵控制试验来验证航行器的操纵控制性能。设计有效性和安全性高的自航模航行操纵控制系统是本领域技术人员需面对和解决的问题。航行操纵控制系统根据预设指令控制自航模完成操纵控制试验，设计合理的控制系统架构保证有效地指令传递和高效的计算处理是保证自航模有效操控和安全航行的重要方面。

因此，如何提出一种有效性和安全性高的自航模航行操纵控制系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种自航模航行操纵控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自航模航行操纵控制系统，与自航模执行机构相连，包括：陆上控制装置和船载航行操纵控制子系统；

所述陆上控制装置与所述船载航行操纵控制子系统无线连接，用于向所述船载航行操纵控制子系统发送指令信息；

所述船载航行操纵控制子系统与所述自航模执行机构相连，其中，所述船载航行操纵控制子系统包括信息接口模块与计算处理模块；

所述计算处理模块通过所述信息接口模块采集自航模航行过程中所产生的航行数据，并接收所述陆上控制装置所发送的指令数据，根据所述航行数据和指令数据生成控制命令，通过所述控制命令驱动所述自航模执行机构，实现自航模的航行控制。

优选的，所述陆上控制装置包括陆上操纵控制杆和主机模块；

所述陆上操纵控制杆，与所述主机模块相连，用于在遥控模式下发送人工操纵指令至所述主机模块，并将操纵信息传递至所述计算处理模块；

所述主机模块包括预定试验任务软件模块、数据管理模块和通讯软件模块；

所述预定试验任务软件模块，用于依据自航模的操纵控制试验要求设定不同的试验任务，再发送至所述计算处理模块进行相应的操纵控制试验任务；

所述数据管理模块，用于将所述陆上操纵控制杆及所述计算处理模块两个设备之间的通信数据进行统一管理，并对数据进行处理；

所述通讯软件模块，用于控制所述主机模块分别与所述陆上操纵控制杆和所述计算处理模块之间的数据交互。

优选的，所述陆上控制装置还包括显示界面模块；

所述显示界面模块包括遥控显示界面单元和状态显示界面单元；

其中，所述遥控显示界面单元，用于将所述陆上操纵控制杆的指令数据进行实时显示；

所述状态显示界面单元，用于将所述自航模执行机构的实时状态或位置信息进行实时显示。

优选的，所述操纵控制试验包括：定深定向直航试验、机动试验、回转试验和z形操舵，试验的具体参数包括指令深度、指令航向、指令螺旋桨转速和指令任务时间。

优选的，所述信息接口模块包括rs485和rs422串口接口、can接口和以太网口，用于实现所述计算处理模块与自航模内部设备之间的通信。

优选的，所述指令数据包括：指令螺旋桨转速、指令舵角、指令水舱水量、指令航向和指令深度。

优选的，所述计算处理模块包括航行数据记录单元；

所述的航行数据记录单元，用于记录自航模航行过程中所产生的指令数据和状态位置数据；

所述状态位置数据包括：航速、深度、航向、纵倾、横倾、舵角、螺旋桨转速、经度和数据纬度。

优选的，所述计算处理模块还包括人工遥控模块和自动控制模块；

所述人工遥控模块和所述自动控制模块均与所述陆上控制装置相连；

所述人工遥控模块，用于接收所述陆上控制装置发送的遥控操纵杆指令，并根据所述遥控操纵杆指令获取相应的驱动所述自航模执行机构的控制命令；

所述的自动控制模块，用于接收所述陆上控制装置发送的航行指令，并根据所述航行指令获取相应的所述自航模执行机构的控制命令。

优选的，还包括无线通信模块，用于实现所述陆上控制装置与所述船载航行操纵控制子系统之间的无线通信。

优选的，还包括控制电力电池组，用于提供电源。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自航模航行操纵控制系统，本申请的控制系统具有便利的人工和自动操控手段、高效可靠的信息传递机制和计算处理模块，通过控制命令驱动自航模执行机构，实现自航模的有效和安全控制，可以有效地实现人工或自动控制自航模各工况的航行运动，记录自航模航行试验过程中所产生的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例提供的一种自航模航行操纵控制系统与其他设备的连接关系示意图；

图2附图为本发明实施例提供的无线通信模块岸上部分的结构示意图；

图3附图为本发明实施例提供的无线通信模块船载部分的结构示意图。

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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例公开了一种自航模航行操纵控制系统，与自航模执行机构相连，如图1所示，包括：陆上控制装置和船载航行操纵控制子系统；

陆上控制装置与船载航行操纵控制子系统无线连接，用于向船载航行操纵控制子系统发送指令信息；

船载航行操纵控制子系统与自航模执行机构相连，其中，船载航行操纵控制子系统包括信息接口模块与计算处理模块；

计算处理模块通过信息接口模块采集自航模航行过程中所产生的航行数据，并接收陆上控制装置所发送的指令数据，根据航行数据和指令数据生成控制命令，通过控制命令驱动自航模执行机构，实现自航模的航行控制。

为了进一步实施上述技术方案，陆上控制装置包括陆上操纵控制杆和主机模块；

陆上操纵控制杆，与主机模块相连，用于在遥控模式下发送人工操纵指令至主机模块，并将操纵信息传递至计算处理模块；

主机模块包括预定试验任务软件模块、数据管理模块和通讯软件模块；

预定试验任务软件模块，用于依据自航模的操纵控制试验要求设定不同的试验任务，再发送至计算处理模块进行相应的操纵控制试验任务；

数据管理模块，用于将陆上操纵控制杆及计算处理模块两个设备之间的通信数据进行统一管理，并对数据进行处理；

通讯软件模块，用于控制主机模块分别与陆上操纵控制杆和计算处理模块之间的数据交互。

为了进一步实施上述技术方案，陆上控制装置还包括显示界面模块；

显示界面模块包括遥控显示界面单元和状态显示界面单元；

其中，遥控显示界面单元，用于将陆上操纵控制杆的指令数据进行实时显示；

状态显示界面单元，用于将自航模执行机构的实时状态或位置信息进行实时显示。

为了进一步实施上述技术方案，操纵控制试验包括：定深定向直航试验、机动试验、回转试验和z形操舵，试验的具体参数包括指令深度、指令航向、指令螺旋桨转速和指令任务时间。

为了进一步实施上述技术方案，信息接口模块包括rs485和rs422串口接口、can接口和以太网口，用于实现计算处理模块与自航模内部设备之间的通信。

需要说明的是：

信息接口模块主要通过rs485和rs422串口接口、can接口、以太网口等接口实现计算处理模块与自航模内部其他设备诸如深度压力传感器、陀螺及自航模驱动设备等之间的通信，同时通过无线通信模块实现自航模与陆上控制装置之间的通信。

为了进一步实施上述技术方案，指令数据包括：指令螺旋桨转速、指令舵角、指令水舱水量、指令航向和指令深度。

为了进一步实施上述技术方案，计算处理模块包括航行数据记录单元；

的航行数据记录单元，用于记录自航模航行过程中所产生的指令数据和状态位置数据；

状态位置数据包括：航速、深度、航向、纵倾、横倾、舵角、螺旋桨转速、经度和数据纬度。

为了进一步实施上述技术方案，计算处理模块还包括人工遥控模块和自动控制模块；

人工遥控模块和自动控制模块均与陆上控制装置相连；

人工遥控模块，用于接收陆上控制装置发送的遥控操纵杆指令，并根据遥控操纵杆指令获取相应的驱动自航模执行机构的控制命令；

的自动控制模块，用于接收陆上控制装置发送的航行指令，并根据航行指令获取相应的自航模执行机构的控制命令。

为了进一步实施上述技术方案，还包括无线通信模块，用于实现陆上控制装置与船载航行操纵控制子系统之间的无线通信。

为了进一步实施上述技术方案，还包括控制电力电池组，用于提供电源。

需要说明的是：

在本实施例中，无线通信模块包括岸上天线控制盒、岸上uhf天线、水下天线控制盒、uhf+gps复合天线、wifi+4g+gps服务器、wifi+4g+gps复合天线等。

如图2所示，岸上天线控制盒与岸上uhf天线与陆上控制装置组合，工作时置于试验水域的岸边，陆上控制装置通过岸上天线控制盒和岸上uhf天线接收和发送信息；同时陆上控制装置内置wifi、4g通信模块，发送和接收wifi、4g信号。

如图3所示，水下天线控制盒、uhf+gps复合天线、wifi+4g+gps服务器、wifi+4g+gps复合天线等与航行操纵控制器组合，安装于自航模内部。航行操纵控制器通过水下天线控制盒和uhf+gps复合天线或wifi+4g+gps服务器与wifi+4g+gps复合天线接收和发送信息，从而实现陆上控制装置与船载航行操纵控制子系统的无线通信功能。

本实施例的工作原理为：

船载航行操纵控制子系统中的航行操纵控制软件运行于arm架构的嵌入式计算机中，操作系统采用windowsce，编译环境为visualstudio2010，开发语言为c/c++并采用windows基础类库mfc。陆上控制装置中的控制软件运行在加固便携计算机上方便在试验现场进行携带，加固便携计算机操作系统采用windows10，编译环境为qt5和visualstudio2010，开发语言为c/c++。

安装在自航模内部的船载航行操纵控制子系统与放置在实验场地陆上的陆上控制装置通过无线通信模块进行相互通讯，无线通信模块具有wifi、4g、uhf三种通讯方式，陆上操纵人员可根据试验场地的环境、信号强弱、通讯距离等综合因素进行选择并实现船载航行控制器与陆上控制装置的数据通讯功能。

当自航模处于半潜状态航行时，可通过人工操纵陆上遥控操纵杆发送遥控操纵指令给陆上控制装置的主机模块，陆上控制装置的主机模块收到后再将相应指令通过无线通信模块发送至船载航行操纵控制子系统，船载航行操纵控制子系统完成要求的自航模控制，从而实现人工遥控模式下的自航模操纵控制试验。同时船载航行操纵控制子系统也将接收的自航模状态信息发送至陆上控制装置，并通过显示界面模块进行监控显示，船载航行操纵控制子系统在航行时实时将自航模状态信息和控制指令信息等航行试验数据进行存储便于后续对数据的处理分析。

当自航模需进行水下航行试验时，通过陆上控制装置的预定试验任务软件模块提前将航行任务发送至船载航行操纵控制子系统并在自航模潜入水下之前启动相应任务，当自航模潜入水中后，即可按设定的航行任务自动进行操纵控制航行试验，同时船载航行操纵控制子系统设备在航行时会实时将航行试验数据进行存储便于后续对数据的处理分析。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。