[發明專利]一種適用復雜工況的水下無人艇通信系統

有效

• 申請號: 201910875588.8
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110658832B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 秦元慶;宋子文;周純杰;徐國華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種適用復雜工況的水下無人艇通信系統及其調度方法，屬于通信領域。該通信系統，包括：水面監控子系統和艇載控制子系統；水面監控子系統通過無線電或水聲通信與所述艇載控制子系統進行數據交換；水面監控子系統和艇載控制子系統均采用工業交換機組成以太網局域網，并根據水下無人艇不同的工作工況，采用不同的主從周期調度方法消除所述工業交換機內部的報文發送沖突。本發明對基于以太網技術的無人艇通信網絡，設計合理的通信調度方案，以適應不同工況下無人艇各控制單元之間的數據交換需求，同時消除交換機內的報文沖突，保證通信的實時性和確定性，以及無人艇運行數據存儲的完整性。

技術領域

本發明屬于通信領域，更具體地，涉及一種適用復雜工況的水下無人艇通信系統及其調度方法。

背景技術

水下無人艇應用場景非常廣泛，涉及國防軍事、商業應用、海洋資源開發利用等。水下無人艇工作環境復雜、應用場景多變，水下無人艇作業系統失效后救援回收困難，易造成重大人員或財產損失。因此水下智能艇載控制系統是典型的安全關鍵系統，需要在設計時充分考慮系統的可靠性和應急功能。水下無人艇控制系統包括水面監控系統和艇載控制系統兩個子系統，每個子系統由多個控制單元組成，各控制單元通過通信網絡進行數據交換，協同實現各項控制功能。

傳統的無人艇控制網絡一般采用現場總線技術，其通信速率低，延時大，已漸漸不能適應無人艇日益復雜的結構和高通信帶寬需求。此外，水下無人艇工作狀況復雜，包括遙控、自主、應急等不同的運行工況。各工況下水面監控系統、艇載控制系統各控制單元之間以及兩個子系統之間的數據交換需求各不相同。

以太網技術能夠很好滿足無人艇通信網絡的帶寬需求，但在報文發送沖突時交換機的“存儲-轉發”機制會導致通信時延的不確定性，不滿足無人艇控制系統對通信的實時性和時延確定性要求，此外，水面監控系統和艇載控制系統之間需要通過無線電或水聲通信實現數據交換，而這兩種無線通信方式在無人艇的運行過程中都存在通信鏈路不穩定，報文丟失率高的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種適用復雜工況的水下無人艇通信系統，其目的在于，對基于以太網技術的無人艇通信系統，設計合理的通信調度方案，以適應不同工況下無人艇各控制單元之間的數據交換需求，同時消除交換機內的報文沖突，滿足系統通信的實時性和穩定性要求。

本發明提供了一種適用復雜工況的水下無人艇通信系統，包括：水面監控子系統和艇載控制子系統；

所述水面監控子系統通過無線電或水聲通信與所述艇載控制子系統進行數據交換；

所述水面監控子系統和艇載控制子系統根據所述水下無人艇不同的工作工況，采用不同的主從周期調度方法進行調度。

進一步地，所述水面監控子系統包括水面主控單元、操控單元、數據存儲顯示單元、水面工業交換機、水面無線電傳輸裝置和母船水聲通信裝置；

所述水面主控單元，用于調度管理所述水面監控子系統，并通過無線電或水聲通信與所述艇載控制子系統進行數據交換；

所述操控單元，用于實時獲取用戶的操控指令并顯示無人艇的航行狀態信息；

所述數據存儲顯示單元，用于存儲和顯示無人艇控制系統運行時的過程數據；

所述水面工業交換機，用于連接所述水面監控子系統的各個單元；

所述水面無線電傳輸裝置和所述母船水聲通信裝置，用于實現各種工況下所述水面主控單元與所述艇載控制子系統之間的數據傳輸。

進一步地，所述艇載控制子系統包括艇載主控單元、艇載從控單元、艇載工業交換機、艇載無線電傳輸裝置和艇載水聲通信裝置；其中，所述艇載從控單元包括導航單元、運動規劃單元、運動控制單元、數據存儲單元和應急單元；