基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统 |
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| 申请号 | CN201510932857.1 | 申请日 | 2015-12-15 | 公开(公告)号 | CN105577514A | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 杨灿军; 张涛; 李德骏; 林鸣威; 张俊有; 张梦辉; 王天磊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于 水 下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统，该系统包括接驳平台侧部分和深海AUV侧部分；其中接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体、嵌入式PLC 控制器 、接驳平台侧高速双频无线路由器、岸基控制与显示终端、接驳平台侧全向高增益天线、接驳平台侧筒状天线 基座 等，深海AUV侧部分包括深海AUV侧耐压密封腔体、深海AUV侧筒状天线基座、深海AUV侧高速双频无线路由器、嵌入式Linux控制板、视觉导航处理模 块 、深海AUV侧全向高增益天线等。本发明具有网络架构简洁、运行可靠，机械结构简单、耐压不受 腐蚀 、不干扰无线通讯等特点，对于构建海底动静结合的立体观测网络具有重要的意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统，其特征是包括接驳平台侧部分和深海AUV侧部分； |
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| 说明书全文 | 基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统技术领域[0001] 本发明涉及一种基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统。 背景技术[0002] 深海AUV(水下自主航行器)接驳平台所需的水下非接触接驳技术是一项综合性很强、复杂性很高的新兴技术，而水下高速无线信息交互技术又是其中一项尤为关键、核心的技术。该深海AUV接驳平台信息交互系统不仅能够减小深海AUV的回收难度与成本、提高数据传输的实时性，而且在深海特殊的环境下还具有网络架构简洁、运行可靠，机械结构简单、耐压不受腐蚀、不干扰无线通讯等特点，适用于长期置于海底运行且在深海AUV入坞时进行高速数据交互的要求。该系统有助于提升深海AUV的信息交互、实时控制等综合能力，充分利用海底观测网与深海AUV的各自优势，对于构建海底动静结合的立体观测网络具有重要的意义。但目前尚未见有关基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统的相关报道。 发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统，以实现深海AUV与接驳平台之间的高速无线数据传输、接驳系统各单元间的信息交互，从而提高基站获取深海AUV测量数据的实时性、对其任务控制的便捷性。 [0004] 本发明的基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统包括接驳平台侧部分和深海AUV侧部分； [0005] 所述的接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体、嵌入式PLC控制器、接驳平台侧高速双频无线路由器、视频服务器、光电复合水密缆、岸基控制与显示终端、接驳平台侧全向高增益天线、接驳平台侧筒状天线基座、锥形定位筒和接驳平台侧同轴水密缆。接驳平台侧耐压密封腔体与接驳平台侧筒状天线基座刚性连接；接驳平台侧全向高增益天线采用玻璃钢进行防水耐压密封，并与接驳平台侧筒状天线基座的天线安装孔过盈配合从而与接驳平台侧筒状天线基座固连；锥形定位筒与接驳平台侧筒状天线基座前端面固连。嵌入式PLC控制器、接驳平台侧高速双频无线路由器和视频服务器安装在接驳平台侧耐压密封腔体中，嵌入式PLC控制器与视频服务器均采用以太网线分别与接驳平台侧高速双频无线路由器形成电气连接。接驳平台侧全向高增益天线通过接驳平台侧同轴水密缆接入接驳平台侧耐压密封腔体内，与接驳平台侧高速双频无线路由器形成电气连接；岸基控制与显示终端置于近海岸边，可以基于组态软件WinCC编写相应监控界面，通过光电复合水密缆接入接驳平台侧耐压密封腔体内，与接驳平台侧高速双频无线路由器形成电气连接。 [0006] 所述的深海AUV侧部分包括深海AUV侧耐压密封腔体、深海AUV侧筒状天线基座、深海AUV侧高速双频无线路由器、嵌入式Linux控制板、视觉导航处理模块、深海AUV侧同轴水密缆和深海AUV侧全向高增益天线。深海AUV侧筒状天线基座的环形面前侧呈锥状，其锥度与接驳平台侧锥形定位筒相同，深海AUV侧筒状天线基座固定在深海AUV侧耐压密封腔体的外面；深海AUV侧全向高增益天线采用玻璃钢进行防水耐压密封，并与深海AUV侧筒状天线基座的天线安装孔过盈配合从而与深海AUV侧筒状天线基座固连。深海AUV侧高速双频无线路由器、嵌入式Linux控制板和视觉导航处理模块安装在深海AUV耐压密封腔体中，嵌入式Linux控制板和视觉导航处理模块均采用以太网线分别与深海AUV侧高速双频无线路由器形成电气连接。深海AUV侧全向高增益天线通过深海AUV侧同轴水密缆接入深海AUV侧耐压密封腔体内，与深海AUV侧高速双频无线路由器形成电气连接。 [0007] 基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台的信息交互系统工作过程如下： [0008] 当深海AUV进入接驳平台，利用锥形定位筒进行定位并锁紧，完成正常对接后，接驳平台侧的全向高增益天线与深海AUV侧的全向高增益天线处于有效信号范围内。深海AUV接驳平台信息交互系统是基于TCP/IP通讯协议实现的，设置信息交互系统的所有网络设备即嵌入式PLC控制器、接驳平台侧高速双频无线路由器、视频服务器、岸基控制与显示终端、深海AUV侧高速双频无线路由器、嵌入式Linux控制板和视觉导航处理模块为同一IP地址段；设置接驳平台侧高速双频无线路由器和深海AUV侧高速双频无线路由器为WDS无线桥接状态，当两全向高增益天线处于有效信号范围内时，两路由器自动进行无线网络连接；嵌入式PLC控制器和视频服务器采用以太网线、岸基控制与显示终端采用光电复合水密缆与接驳平台侧高速双频无线路由器构成有线网络连接；嵌入式Linux控制板和视觉导航处理模块采用以太网线与深海AUV侧高速双频无线路由器构成有线网络连接；配置接驳平台侧高速双频无线路由器和深海AUV侧高速双频无线路由器的路由转发功能，则此时接驳平台侧与深海AUV侧相应设备构成一个局域网络。操作人员可以通过岸基控制与显示终端对该局域网络内的任一设备进行功能配置、数据获取，也能对深海AUV进行在线编程、数据上传、参数更改、任务下达，从而实现对深海AUV进行实时性监测与控制。 [0009] 本发明相比于现有技术而言，采用了不一样的网络拓扑结构，深海AUV侧高速双频无线路由器和接驳平台侧高速双频无线路由器为该信息交互系统的关键网络节点，提升了整个系统的信息传输的可靠性，也便于基于此系统的网络设备扩展；另外采用全向高增益天线而非集成了无线网卡的WiFi天线，极大地提高了水下无线通讯的传输速率和抗干扰能力。而且，作为一个完备的信息交互系统，该系统还包括了相应的岸基监控程序，提高了接驳平台的实用性。 [0010] 本发明的基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统充分考虑了深海环境高压、腐蚀、对电磁波衰减等特殊性与挑战性，通过利用水下高速无线通讯技术、采用玻璃钢对全向高增益天线进行防水耐压密封、编程配置高速双频无线路由器、基于组态软件WinCC编写岸基控制与显示终端等方式，实现了高速、可靠、可监控的信息交互功能。深海AUV对接成功后，系统自动完成局域网络的搭建，操作人员通过岸基控制与显示终端能够监控网络中的所有设备，并可对深海AUV进行在线编程、数据上传、参数更改、任务下达，从而提升对深海AUV监控的实时性。并且，该系统还具有网络架构简洁、运行可靠，机械结构简单、耐压不受腐蚀、不干扰无线通讯等特点，适用于长期置于海底运行且在深海AUV入坞时进行高速数据交互的要求。该系统有助于提升深海AUV的信息交互、实时控制等综合能力，充分利用海底观测网与深海AUV的各自优势，对于构建海底动静结合的立体观测网络具有重要的意义。附图说明 [0011] 图1为接驳平台侧结构示意图； [0012] 图2为深海AUV侧结构示意图； [0013] 图3为深海AUV与接驳平台正常对接后的示意图； [0014] 图4为深海AUV接驳平台信息交互系统网路原理框图。 [0015] 图中：1.接驳平台侧耐压密封腔体,2.嵌入式PLC控制器,3.接驳平台侧高速双频无线路由器,4.视频服务器,5.光电复合水密缆,6.岸基控制与显示终端,7.接驳平台侧全向高增益天线,8.接驳平台侧筒状天线基座,9.锥形定位筒,10.深海AUV侧耐压密封腔体,11.深海AUV侧筒状天线基座,12.深海AUV侧高速双频无线路由器,13.嵌入式Linux控制板, 14.视觉导航处理模块,15.深海AUV侧同轴水密缆,16.深海AUV侧全向高增益天线,17.接驳平台侧同轴水密缆。 具体实施方式[0016] 以下结合附图进一步说明本发明。 [0017] 参照图1-图4，本发明公开的基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台信息交互系统包括接驳平台侧部分和深海AUV侧部分； [0018] 所述的接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体1、嵌入式PLC控制器2、接驳平台侧高速双频无线路由器3、视频服务器4、光电复合水密缆5、岸基控制与显示终端6、接驳平台侧全向高增益天线7、接驳平台侧筒状天线基座8、锥形定位筒9和接驳平台侧同轴水密缆17。接驳平台侧耐压密封腔体1与接驳平台侧筒状天线基座8刚性连接；接驳平台侧全向高增益天线7采用玻璃钢进行防水耐压密封，并与接驳平台侧筒状天线基座8的天线安装孔过盈配合从而与接驳平台侧筒状天线基座8固连；锥形定位筒9与接驳平台侧筒状天线基座8前端面固连。嵌入式PLC控制器2、接驳平台侧高速双频无线路由器3和视频服务器4安装在接驳平台侧耐压密封腔体1中，嵌入式PLC控制器2与视频服务器4均采用以太网线分别与接驳平台侧高速双频无线路由器3形成电气连接。接驳平台侧全向高增益天线7通过接驳平台侧同轴水密缆17接入接驳平台侧耐压密封腔体内，与接驳平台侧高速双频无线路由器3形成电气连接；岸基控制与显示终端6置于近海岸边，基于组态软件WinCC编写相应监控界面，通过光电复合水密缆5接入接驳平台侧耐压密封腔体1内，与接驳平台侧高速双频无线路由器3形成电气连接。 [0019] 所述的深海AUV侧部分包括深海AUV侧耐压密封腔体10、深海AUV侧筒状天线基座11、深海AUV侧高速双频无线路由器12、嵌入式Linux控制板13、视觉导航处理模块14、深海AUV侧同轴水密缆15和深海AUV侧全向高增益天线16。深海AUV侧筒状天线基座11的环形面前侧呈锥状，其锥度与接驳平台侧锥形定位筒9相同，深海AUV侧筒状天线基座11固定在深海AUV侧耐压密封腔体10的外面；深海AUV侧全向高增益天线16采用玻璃钢进行防水耐压密封，并与深海AUV侧筒状天线基座11的天线安装孔过盈配合从而与深海AUV侧筒状天线基座 11固连。深海AUV侧高速双频无线路由器12、嵌入式Linux控制板13和视觉导航处理模块14安装在深海AUV耐压密封腔体10中，嵌入式Linux控制板13和视觉导航处理模块14均采用以太网线分别与深海AUV侧高速双频无线路由器12形成电气连接。深海AUV侧全向高增益天线 11通过深海AUV侧同轴水密缆15接入深海AUV侧耐压密封腔体10内，与深海AUV侧高速双频无线路由器12形成电气连接。 [0020] 基于水下高速无线通讯的深海AUV接驳平台的信息交互系统工作过程如下： [0021] 当深海AUV进入接驳平台，利用锥形定位筒9进行定位并锁紧，完成正常对接后，接驳平台侧的全向高增益天线7与深海AUV侧的全向高增益天线16处于有效信号范围内。深海AUV接驳平台信息交互系统是基于TCP/IP通讯协议实现的，设置信息交互系统的所有网络设备即嵌入式PLC控制器2、接驳平台侧高速双频无线路由器3、视频服务器4、岸基控制与显示终端6、深海AUV侧高速双频无线路由器12、嵌入式Linux控制板13和视觉导航处理模块14为同一IP地址段；编程设置接驳平台侧高速双频无线路由器3和深海AUV侧高速双频无线路由器12为WDS无线桥接状态，当两全向高增益天线处于有效信号范围内时，两路由器自动进行无线网络连接；嵌入式PLC控制器2和视频服务器4采用以太网线、岸基控制与显示终端6采用光电复合水密缆5与接驳平台侧高速双频无线路由器3构成有线网络连接；嵌入式Linux控制板13和视觉导航处理模块14采用以太网线与深海AUV侧高速双频无线路由器12构成有线网络连接；编程配置接驳平台侧高速双频无线路由器3和深海AUV侧高速双频无线路由器12的路由转发功能，则此时接驳平台侧与深海AUV侧相应设备构成一个局域网络。操作人员可以通过岸基控制与显示终端6对该局域网络内的任一设备进行功能配置、数据获取，也能对深海AUV进行在线编程、数据上传、参数更改、任务下达，从而实现对深海AUV进行实时性监测与控制。 |
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