一種基于無人船的無人船-水下潛器作業(yè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無人船的無人船-水下潛器作業(yè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是人類向海洋進(jìn)軍的時(shí)代。廣闊的海洋中包含有豐富的生物資源、礦產(chǎn)資源和海洋能源，毫無疑問是一個(gè)巨大的寶庫。海洋空間與資源不僅是當(dāng)今世界軍事、經(jīng)濟(jì)競爭的重要領(lǐng)域，也是一個(gè)臨海國家與民族持續(xù)安泰昌盛的戰(zhàn)略基地。為了探索和開發(fā)海洋，各國都在大力進(jìn)行深海探測器技術(shù)的開發(fā)。
[0003]目前，在實(shí)現(xiàn)水下探測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)回傳過程中，現(xiàn)有的技術(shù)在進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候既要花費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，而且在傳輸過程當(dāng)中需要花費(fèi)的時(shí)間過長，嚴(yán)重影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作效益。
[0004]對(duì)于水下圖像采集作業(yè)或水下光學(xué)觀測作業(yè)來說，水下潛器在水下采集圖像、視頻信息，一般通過水下聲學(xué)通信將數(shù)據(jù)傳輸給船艇，而水下聲學(xué)通信技術(shù)時(shí)延較大、帶寬有限；或是將采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器里，待到岸上進(jìn)行提取，此方法效率很低。這兩種數(shù)據(jù)采集方法嚴(yán)重制約著大規(guī)模、高精度水下觀測作業(yè)的發(fā)展。采用無人船搭載光通信系統(tǒng)的方式具有保密性好、機(jī)動(dòng)靈活、信息容量大、時(shí)延小、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，可保證與水下固定傳感通信設(shè)備通信時(shí)的隱蔽與安全。
[0005]針對(duì)目前水下數(shù)據(jù)獲取存在的問題，需進(jìn)一步探索和研究一種基于無人船的新穎的無人船-水下通信系統(tǒng)，提高無人船-水下通信鏈路容量，加快數(shù)據(jù)獲取的速率，為國家海洋戰(zhàn)略提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有獲取數(shù)據(jù)快、靈活度高、實(shí)施范圍廣等優(yōu)點(diǎn)的無人船-水下通信系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]提供一種基于無人船的無人船-水下潛器作業(yè)系統(tǒng)，包括無人船和水下潛器，所述無人船為具有信號(hào)中繼作用的設(shè)施(包括浮標(biāo)等)；
[0008]所述水下潛器上搭載有傳感器單元、存儲(chǔ)器單元B和水下潛器光通信模塊，傳感器單元用于采集水下信息，存儲(chǔ)器單元B用于存儲(chǔ)傳感器單元采集的數(shù)據(jù)，水下潛器光通信模塊用于發(fā)送傳感器單元采集的數(shù)據(jù)并接收無人船發(fā)出的控制信號(hào)；
[0009]所述水下潛器光通信模塊包括第二 ARM處理器、第二偏置驅(qū)動(dòng)電路、第二光源、第二發(fā)射端透鏡組單元、第二接收端光匯聚器、第二光電探測器和第二放大濾波整形電路;所述第二ARM處理器能對(duì)收到的電信號(hào)進(jìn)行處理并判斷是否為數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)，且能在收到的電信號(hào)為數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)時(shí)，發(fā)送反饋信號(hào)給第二偏置驅(qū)動(dòng)電路，第二 ARM處理器還能將傳感器單元獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器單元B中并發(fā)射;所述第二偏置驅(qū)動(dòng)電路能將第二 ARM處理器輸出的信號(hào)調(diào)制到第二光源上，用于控制第二光源發(fā)射光信號(hào);所述第二發(fā)射端透鏡組單元用于使第二光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過后，形成預(yù)設(shè)的發(fā)射角度;所述第二接收端光匯聚器能匯聚光信號(hào);所述第二光電探測器能探測到第二接收端光匯聚器接收的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào);所述第二放大濾波整形電路用于對(duì)第二光電探測器轉(zhuǎn)化得到的電信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出給第二 ARM處理器。
[0010]在本發(fā)明中，所述第二ARM處理器采用STM32F103C8。
[0011]在本發(fā)明中，所述第二放大濾波整形電路中，采用了芯片TC4427和芯片74HC14串耳關(guān)。
[0012]在本發(fā)明中，所述第二偏置驅(qū)動(dòng)電路中，采用了芯片THS7631和芯片LM7171串聯(lián)。
[0013]在本發(fā)明中，所述傳感器單元支持RS232或者USB數(shù)據(jù)接口通信方式。
[0014]在本發(fā)明中，所述無人船上搭載有控制單元、無人船光通信模塊、掃描定位單元、定位單元和存儲(chǔ)器單元A;所述控制單元是基于ARM處理器的控制模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)控制無人船各部件的配合運(yùn)行;所述掃描定位單元是無人船在初始階段與水下潛器對(duì)接的通信模塊，掃描定位單元能通過無人船光通信模塊發(fā)出光信號(hào)，并利用無人船光通信模塊接收水下潛器發(fā)送的反饋信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)無人船對(duì)水下潛器所在區(qū)域的掃描定位;所述定位單元采用GPRS或陀螺儀定位模塊，用于定位無人船自身所在位置;所述存儲(chǔ)器單元A用于存儲(chǔ)無人船光通信模塊接收的數(shù)據(jù)；
[0015]所述無人船光通信模塊包括第一 ARM處理器、第一偏置驅(qū)動(dòng)電路、第一光源、第一發(fā)射端透鏡組單元、第一接收端光匯聚器、第一光電探測器和第一放大濾波整形電路，用于接收水下潛器光通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)及發(fā)送控制信號(hào);所述第一 ARM處理器能發(fā)送控制信號(hào)給控制單元、能輸出數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)、能對(duì)收到的電信號(hào)進(jìn)行處理;所述第一偏置驅(qū)動(dòng)電路能將第一 ARM處理器輸出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)調(diào)制到第一光源上，用于控制第一光源發(fā)射光信號(hào);所述第一發(fā)射端透鏡組單元用于使第一光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過后，形成預(yù)設(shè)的發(fā)射角度;所述第一接收端光匯聚器能匯聚水下潛器發(fā)送的光信號(hào);所述第一光電探測器能將第一接收端光匯聚器接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào);所述第一放大濾波整形電路用于對(duì)第一光電探測器轉(zhuǎn)化得到的電信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出給第一 ARM處理器。
[0016]在本發(fā)明中，所述第一ARM處理器采用STM32F103C8，第一放大濾波整形電路中采用了芯片TC4427和芯片74HC14串聯(lián)，第一偏置驅(qū)動(dòng)電路中采用了芯片THS7631和芯片LM7171 串聯(lián)。
[0017]在本發(fā)明中，所述存儲(chǔ)器單元A和存儲(chǔ)器單元B支持USB數(shù)據(jù)接口通信方式。
[0018]在本發(fā)明中，所述無人船光通信模塊和水下潛器光通信模塊的信號(hào)載波采用藍(lán)光或者綠光，即第一光源和第二光源都采用藍(lán)光LED陣列或者綠光LED陣列；其中，采用的LED陣列產(chǎn)生的光源信號(hào)波長介于450?550nm之間，功率為3?5W。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]本發(fā)明以無人船為載體來完成無人船-水下雙向通信，且水下數(shù)據(jù)通信采用藍(lán)綠光等可見光信號(hào)作為傳輸介質(zhì)，相比于其他固定的、有線的光通信方式，采用基于無人船的無人船-水下通信方式具有獲取數(shù)據(jù)快、靈活度高、實(shí)施范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；而且采用LED或LD等光源產(chǎn)生光信號(hào)，可以降低系統(tǒng)成本，且可靠性高，該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)無人船-水下通信鏈路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速回傳功能。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體構(gòu)成示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明中無人船的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明中水下潛器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中的附圖標(biāo)記為:I水下潛器;2無人船；11控制單元;12無人船光通信模塊；13掃描定位單元;14定位單元；15存儲(chǔ)器單元A; 21存儲(chǔ)器單元B ； 22水下潛器光通信模塊;23傳感器單元；121第一 ARM處理器；122第一偏置驅(qū)動(dòng)電路；123第一光源；124第一發(fā)射端透鏡組單元;125第一接收端光匯聚器;126第一光電探測器;127第一放大濾波整形電路;221第二 ARM處理器;222第二偏置驅(qū)動(dòng)電路;223第二光源;224第二發(fā)射端透鏡組單元;225第二接收端光匯聚器;226第二光電探測器;227第二放大濾波整形電路。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0026]如圖1所示，一基于無人船的無人船-水下潛器作業(yè)系統(tǒng)，包括無人船2和水下潛器
1
[0027]如圖2所示，無人船2上搭載有控制單元11、無人船光通信模塊12、掃描定位單元13、定位單元14和存儲(chǔ)器單元A15。
[0028]所述控制單元11具體是指:基于ARM處理器的控制模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)控制無人船2各部件的配合運(yùn)行。所述掃描定位單元13具體是指:無人船2在初始階段與水下潛器I對(duì)接的光通信模塊，掃描定位單元13能通過無人船光通信模塊12發(fā)出光信號(hào)，并利用無人船光通信模塊12接收水下潛器I發(fā)送的反饋信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)無人船2對(duì)水下潛器I所在區(qū)域的掃描定位。所述定位單元14具體是指:GPRS或陀螺儀定位模塊，用于定位無人船2自身所在位置。所述存儲(chǔ)器單元A15用于存儲(chǔ)無人船光通信模塊12接收的數(shù)據(jù)。
[0029]所述無人船光通信模塊12包括第一 ARM處理器121、第一偏置驅(qū)動(dòng)電路122、第一光源123、第一發(fā)射端透鏡組單元124、第一接收端光匯聚器125、第一光電探測器126和第一放大濾波整形電路127，用于接收水下潛器光通信模塊22發(fā)送的數(shù)據(jù)及發(fā)送控制信號(hào);所述第一 ARM處理器121能發(fā)送控制信號(hào)給控制單元11、能輸出數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)、能對(duì)收到的電信號(hào)進(jìn)行處理;所述第一偏置驅(qū)動(dòng)電路122能將第一 ARM處理器121輸出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)調(diào)制到第一光源123上，用于控制第一光源123發(fā)射光信號(hào);所述第一發(fā)射端透鏡組單元124用于使第一光源123發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過后，形成預(yù)設(shè)的發(fā)射角度;所述第一接收端光匯聚器125能匯聚水下潛器I發(fā)送的光信號(hào);所述第一光電探測器126能將第一接收端光匯聚器125接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào);所述第一放大濾波整形電路127用于對(duì)第一光電探測器126轉(zhuǎn)化得到的電信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出給第一 ARM處理器121。
[0030]無人船2的各單元位置和功能連接關(guān)系是:所述第一ARM處理器121根據(jù)定位單元14提供的定位信息和水下潛器I放置時(shí)所處的區(qū)域位置，發(fā)送控制信號(hào)給控制單元11，控制無人船2移動(dòng)到水下潛器I所在的區(qū)域；當(dāng)移動(dòng)到所在區(qū)域后，掃描定位單元13通過第一ARM處理器121發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)，第一偏置驅(qū)動(dòng)電路122將第一光源123的工作狀態(tài)調(diào)整在線性工作區(qū)，以減小信號(hào)的失真和增大光源工作帶寬，并將第一ARM處理器121輸出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令信號(hào)調(diào)制到第一光源123上，第一光源123發(fā)出光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)過第一發(fā)射端透鏡組單元124均勻擴(kuò)束，形成預(yù)設(shè)的發(fā)射角度；當(dāng)成功掃描到水下潛器I的位置