一种可通信与定位的水下航行器制造技术

本发明专利技术公开了一种可通信与定位的水下航行器，包括：探测段、浮力舱段、电池舱段、控制舱段和推进舱段，所述水下航行器还包括遥测遥控段，用于发射水下航行器的状态信息和遥测信息，还用于接收遥控信息。本发明专利技术的水下航行器的遥测遥控段具有低功耗待机设计及合理的电源管理方案，能够实现系统低功耗待机的要求，同时该遥测遥控段具有良好的抗多普勒频移性，在水下高速航行的过程中，具有可靠的通信性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可通信与定位的水下航行器
本专利技术涉及水下探测领域，具体涉及一种可通信与定位的水下航行器。
技术介绍
海洋面积广阔，水下探测环境复杂恶劣，设备操作困难，发展水下无人自治系统成为海洋探测的主流方向。智能水下航行器在国家安全与国民经济方面起着重要的作用，水下航行器在研制过程中，必须经过水下试验，验证各种功能指标，包括水下三维航迹、航行姿态、工作状态等，因此需要建立一套能够对水下航行器航行轨迹、航行姿态及工作状态信息进行远程测量的遥测系统，同时还能对水下航行器进行远程无线遥控。上世纪九十年代以来，自主水下航行器(AUV)已经成为世界主要海洋强国的一个最主要的探测工具，在海洋环境观测、水文测量、海底地形扫描以及沉船搜索领域发挥了重要作用。航行器在水下作业过程中，必须进行水下定位。它向母船提供AUV的位置及巡航路线，结合高精度长基线系统，AUV甚至可以按照规定的路线做高精度巡航。测距技术是水下定位技术的基础，目前广泛使用的测距方法有四种：基于信号到达强度(ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI)、基于信号到达时间(TimeofArrival，TOA)、基于信号到达时差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)、基于信号到达角度(AngelofArrival，AOA)，由于水下环境信号衰减和噪声等影响，RSSI测距应用较少，海洋定位设备广泛使用TOA和TDOA两种测距方式进行水下定位，TOA通过时钟同步来获取时间差，乘以声速获得距离，TDOA通过发送应答方式经过固定时间差获取时间延迟，避免了时钟同步要求，但是信道占用时间是TOA两倍。在测距技术的基础上，通过多点测距，结合定位节点坐标，利用几个三角关系就可以计算出目标节点的坐标。目前水下定位广泛采用短基线(SBL)、超短基线(USBL)和长基线(LBL)定位技术。短基线技术将换能器按照三角关系布设在船体上，通过接收信号的TDOA方式，对水下目标进行定位，超短基线则采用距离小于10cm的换能器阵进行信号接收，通过相位计算，获得目标位置。长基线和技术需要布放四个以上信标海底，按照三角关系通过TDOA测距方式对移动目标进行定位，这种定位方式的优点是定位精度高。近年来，国外对水下定位技术展开了广泛的研究，产生了各种水下定位技术，并在海洋领域得到广泛应用。Pedro.Batista等人设计了一种新型定位方式，在AUV上安装USBL接收基阵，通过水面信标对AUV进行定位，AUV通过接收信标数据可以实现自动回港，并在冰下环境中得到应用。N.Kussat等人研究了通过船载GPS系统，实现了对水下AUV进行定位的长基线定位技术，同步方式采用了发送、应答方式的半双工测距。美国的B.Crosbie等人应用WoodsHole研究所的水声通信机，采用同步时钟方式进行单工测距，实现对水下AUV进行了精确定位。近二十年来，水声通信技术的快速发展，使得结合水声通信定位方式得到了广泛应用，水面定位设备获得位置信息后，可以通过水声通信机发送给水下定位设备，LiamPaull就提出一种将USBL和水声通信结合的定位方式，来修正AUV的定位信息。目前的测量系统无法远程实时获取水下航行器航行姿态与工作任务状况(如：航向、横滚、速度、回旋角速度、探测估计的目标方位、距离等)，也无法对水下航行器进行远程控制(如：危机情况下紧急停车、转向等)。而且，目前的水下航行器航迹测量误差较大，也无法针对关键航行段航迹进行精确测量，而且不能测量双水下航行器交互距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前水下航行器航迹测量精度不高、以及无法对关键航行段进行精细测量等问题，提出了一种可通信与定位的水下航行器，具有定位、通信、遥控一体化功能，可为国内水下航行器装备的研发、测试、评价等提供科学有效的试验手段。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种可通信与定位的水下航行器，包括：探测段、浮力舱段、电池舱段、控制舱段和推进舱段，所述水下航行器还包括遥测遥控段，用于发射水下航行器的状态信息和遥测信息，还用于接收遥控信息。作为上述装置的一种改进，所述遥测遥控段设置在探测段与浮力舱段之间。作为上述装置的一种改进，所述遥测遥控段包括：接收机板、数字信号处理板和发射机板；所述接收机板，用于接收若干个水声换能器发送的电信号并进行功率放大；所述数字信号处理板，用于调制水声信号、解调接收信号以及和水下航行器控制舱段进行通信；所述发射机板，用于对数字信号处理板发送的模拟信号进行功率放大，并发送给水声换能器。作为上述装置的一种改进，所述遥测遥控段还包括：锂电池和电源管理板；所述锂电池用于进行一体化供电，所述电源管理板用于对遥测遥控段进行电源管理。作为上述装置的一种改进，所述电源管理板包括降压DC、DC隔离模块、数字信号处理板的电源控制芯片、接收机板的电源控制芯片、发射机板的电源控制芯片、单片机和带通滤波放大电路；通过单片机监测水声信号，分时对数字信号处理板的电源控制芯片、接收机板的电源控制芯片、大功率发射机板的电源控制芯片进行供电控制。作为上述装置的一种改进，所述数字信号处理板包括DSP和FPGA主控电路以及4通道高增益接收放大电路；所述DSP和FPGA主控电路，用于通过FLASH加载BOOTLOADER，然后读取SD卡内的主控程序启动DSP，通过DSP内部的通信调制解调算法，对所需发送的信息进行编码，将数据通过总线传输给FPGA，PFGA将编码数据发送给DA芯片进行数模转换，将DSP的数字信号转换成模拟信号；所述4通道高增益接收放大电路，用于对DA芯片输出的模拟信号进行放大，然后发送至发射机板。作为上述装置的一种改进，所述数字信号处理板上还包括USB接口和CAN总线接口，用于和水下航行器的传感器进行通信，实时获取水下航行器的深度、航向、速度和回旋角速度信息。作为上述装置的一种改进，所述接收机板包括若干个接收机，数量与水声换能器的数量相同，每个接收机分别接收一个水声换能器发送的数据。作为上述装置的一种改进，所述接收机板采用嵌位二极管保护模拟信号的方式保护后级电路，而且后级电路通过二极管和三极管进行模拟电路的带通滤波和放大。作为上述装置的一种改进，所述发射机板采用模拟放大的方式将待发射的调制信号发射出去，并通过大功率运放芯片提高发射声源级。本专利技术的优势在于：本专利技术的可通信与定位的水下航行器的遥测遥控段具有低功耗待机设计及合理的电源管理方案，能够实现系统低功耗待机的要求，同时该遥测遥控段具有良好的抗多普勒频移性，在水下高速航行的过程中，具有可靠的通信性能。附图说明图1为本专利技术的水下航行器的结构示意图；图2为本专利技术的水下航行器的遥测遥控段的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的说明。可通信与定位的水下航行器上安装的遥测遥控段有同步声信标，可以定时向浮标发射声信号。同时，水下航行器遥测遥控段还将内测姿态信息和工作状态信息发送到定位通信浮标。多个水面浮标构成长基线系统，利用其上装载的北斗接收机定时测定自身位置，接收水下航行器发射的定位信号，估计到达时间，与接收到的航行器姿态信息和工作状态信息一同通过无线电发送到母船。母船对无线电接收信息进行综合处理，完成水下目标定位与航迹估计，与姿态信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可通信与定位的水下航行器，包括：探测段、浮力舱段、电池舱段、控制舱段和推进舱段，其特征在于，所述水下航行器还包括遥测遥控段，用于发射水下航行器的状态信息和遥测信息，还用于接收遥控信息。

【技术特征摘要】
1.一种可通信与定位的水下航行器，包括：探测段、浮力舱段、电池舱段、控制舱段和推进舱段，其特征在于，所述水下航行器还包括遥测遥控段，用于发射水下航行器的状态信息和遥测信息，还用于接收遥控信息。2.根据权利要求1所述的可通信与定位的水下航行器，其特征在于，所述遥测遥控段设置在探测段与浮力舱段之间。3.根据权利要求1所述的可通信与定位的水下航行器，其特征在于，所述遥测遥控段包括：接收机板、数字信号处理板和发射机板；所述接收机板，用于接收若干个水声换能器发送的电信号并进行功率放大；所述数字信号处理板，用于调制水声信号、解调接收信号以及和水下航行器控制舱段进行通信；所述发射机板，用于对数字信号处理板发送的模拟信号进行功率放大，并发送给水声换能器。4.根据权利要求3所述的可通信与定位的水下航行器，其特征在于，所述遥测遥控段还包括：锂电池和电源管理板；所述锂电池用于进行一体化供电，所述电源管理板用于对遥测遥控段进行电源管理。5.根据权利要求4所述的可通信与定位的水下航行器，其特征在于，所述电源管理板包括降压DC、DC隔离模块、数字信号处理板的电源控制芯片、接收机板的电源控制芯片、发射机板的电源控制芯片、单片机和带通滤波放大电路；通过单片机监测水声信号，分时对数字信号处理板的电源控制芯片、接收机板的电源控制芯片、大功率发射机板的电源控制芯片进行供电控制。6.根据权利要求3-5之一所述的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢社锋，徐立军，曾迪，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11