一种水下滑翔机半实物仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水下滑翔机半实物仿真系统，涉及系统仿真技术领域。该系统包括：水下滑翔机模拟装置，包括航行传感器；用户控制装置，用于生成故障模拟指令，故障模拟指令包括目标航行传感器的传感器标识；仿真装置，与控制装置和水下滑翔机模拟装置通信连接，用于在接收到故障模拟指令时，基于传感器标识控制水下滑翔机模拟装置中的目标航行传感器处于故障状态，并从水下滑翔机模拟装置获取故障响应结果。本公开提供的水下滑翔机仿真系统能够模拟水下滑翔机的故障，测试水下滑翔机应对故障的容错效果，从而提升水下滑翔机在紧急情况下的安全性，减少损耗。减少损耗。减少损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种水下滑翔机半实物仿真系统


[0001]本专利技术属于系统仿真
，更具体地，涉及一种水下滑翔机的半实物仿真系统。

技术介绍

[0002]水下滑翔机是一种新型的水下机器人，由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航长的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。
[0003]水下环境极其复杂，海水具有很强的腐蚀性，水下滑翔机长期在水下作业，会导致各部件受到损坏，需要长期进行保养。其次缺乏必要的通信方法，设备在水下的状态不能及时获得，在长期工作下，存在着十分严峻的挑战。水下的通信设备通常十分昂贵，构建一套水下监测系统需要花费大量的精力和时间。
[0004]之前关于半实物仿真平台的研究知识停留在测试软件逻辑层面，对于设备运行状态和系统的稳定性并没有过多的研究，并且没有嵌入真实的海洋洋流模型，所以无法满足水下作业设备的高性能要求。
[0005]水下滑翔机的实验需要在海洋环境下进行，但是初步实验的情况下，对于一些参数的设置并不准确，抗干扰能力不足，导致在真实实验中控制效果不佳，并且存在一定的风险，会造成巨大的成本损失。
[0006]目前，相关方案中的水下滑翔机的半实物仿真，无法实现对水下滑翔机的容错率的仿真，导致水下滑翔机在真实紧急情况下的安全性较差。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：
>[0008]本公开的目的在于提供一种水下滑翔机半实物仿真系统，进而能够有效测试水下滑翔机应对故障的容错效果，从而提升水下滑翔机在紧急情况下的安全性。
[0009]根据本公开的一方面，提供一种水下滑翔机仿真系统，包括：
[0010]水下滑翔机模拟装置，包括航行传感器；
[0011]用户控制装置，用于生成故障模拟指令，所述故障模拟指令包括目标航行传感器的传感器标识；
[0012]仿真装置，与所述用户控制装置和所述水下滑翔机模拟装置通信连接，用于在接收到所述故障模拟指令时，基于所述传感器标识控制所述水下滑翔机模拟装置中的所述目标航行传感器处于故障状态，并从所述水下滑翔机模拟装置获取故障响应结果。
[0013]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述航行传感器包括主航行传感器和备用航行传感器，所述水下滑翔机模拟装置用于：
[0014]在检测到所述主航行传感器和所述备用航行传感器均处于正常工作状态时，控制
使用的航向数据的来源为所述主航行传感器；以及
[0015]响应于检测到所述主航行传感器处于故障状态，将所述航向数据的来源切换为所述备用航行传感器，并根据切换结果生成故障响应结果。
[0016]在检测到所述主深度传感器和所述备用深度传感器均处于正常工作状态时，控制使用的深度数据的来源为所述主深度传感器；以及
[0017]响应于检测到所述主深度传感器处于故障状态，将所述深度数据的来源切换为所述备用安保深度传感器，并根据切换结果生成故障响应结果。
[0018]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述水下滑翔机模拟装置还用于：
[0019]在检测到所述主航行传感器从所述故障状态恢复所述正常工作状态时，将所述航向数据的来源恢复为所述主航行传感器，并根据恢复结果生成故障响应结果。
[0020]在检测到所述主深度传感器从所述故障状态恢复所述正常工作状态时，将所述深度数据的来源恢复为所述主深度传感器，并根据恢复结果生成故障响应结果。
[0021]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述水下滑翔机模拟装置用于：
[0022]采集所述主航行传感器对应的传感器数据；
[0023]响应于确定所述传感器数据在预设监测时长内的变化量等于或者小于变化量阈值，则确定所述主航行传感器处于所述故障状态。
[0024]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述主航行传感器是TCM姿态传感器，所述备用航行传感器为外挂姿态传感器；或者，所述主航行传感器是深度传感器，所述备用航行传感器为外挂深度传感器。
[0025]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述水下滑翔机模拟装置还包括控制芯片、外设接口、串口通信模块和CAN总线通信模块，其中，所述外设包括浮力调节装置、质心调节装置、推进器、舵机和所述航行传感器中的至少一种或者多种组合，所述航行传感器还包括高度传感器、红外传感器、船用多参数传感器(CTD)、姿态传感器。
[0026]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述用户控制装置包括无线通信模块、卫星通信模块、岸基控制模块、串口通信模块和信号接收模块；其中：
[0027]所述岸基控制模块包括显控单元、操作面板处理单元，所述无线通信模块、所述卫星通信模块以及所述信号接收模块通过所述串口通信单元连接所述岸基控制模块，其中，所述操作面板处理单元用于生成所述故障模拟指令，所述无线通信模块、所述卫星通信模块以及所述信号接收模块用于将所述故障模拟指令下发至所述仿真装置。
[0028]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述仿真装置包括计算模块、仿真接口服务器、信号传输模块、信号转接单元、水下滑翔机的动力学与运动学模型、深度与姿态模拟模块、深度与姿态监测模块、深度不变故障状态模拟、浮力不变故障状态模拟、正常状态下的浮力调节装置的通信模块。
[0029]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述用户控制装置用于获取航行任务，所述航行任务包括航行深度、航行俯仰角、浮力数据以及安全保护参数。
[0030]在本公开的一示例实施例中，基于前述方案，所述仿真装置包括GPS模拟器，所述GPS模拟器用于根据所述航行任务生成目标经纬度，并通过所述目标经纬度模拟所述水下滑翔机模拟装置在真实海洋中的入水位置和出水位置。
[0031]本公开的一种实施例所提供的水下滑翔机仿真系统，可以设置水下滑翔机模拟装
置，该装置可以包括航行传感器，可以通过用户控制装置生成故障模拟指令，故障模拟指令可以包括目标航行传感器的传感器标识，进而可以通过与用户控制装置和水下滑翔机模拟装置通信连接的仿真装置接收到故障模拟指令，基于故障模拟指令中的传感器标识控制水下滑翔机模拟装置中的目标航行传感器处于故障状态，并从水下滑翔机模拟装置获取故障响应结果。通过用户控制装置生成故障模拟指令，然后通过仿真装置控制水下滑翔机模拟装置处于故障状态，并收集水下滑翔机模拟装置的故障响应结果，进而能够通过故障响应结果准确评估水下滑翔机模拟装置的容错效果，并在容错效果达到期望后投放与水下滑翔机模拟装置相应的水下滑翔机，保证水下滑翔机在紧急情况下的安全性，减少水下滑翔机可能的损耗。
[0032]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0033]本专利技术的有益效果在于：
[0034]本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下滑翔机半实物仿真系统，其特征在于，包括水下滑翔机模拟装置，包括航行传感器；用户控制装置，用于生成故障模拟指令，所述故障模拟指令包括目标航行传感器的传感器标识；仿真装置，与所述用户控制装置和所述水下滑翔机模拟装置通信连接，用于在接收到所述故障模拟指令时，基于所述传感器标识控制所述水下滑翔机模拟装置中的所述目标航行传感器处于故障状态，并从所述水下滑翔机模拟装置获取故障响应结果。2.根据权利要求1所述的水下滑翔机半实物仿真系统，其特征在于，所述航行传感器包括主航行传感器和备用航行传感器，所述水下滑翔机模拟装置用于：在检测到所述主航行传感器和所述备用航行传感器均处于正常工作状态时，控制使用的航向数据的来源为所述主航行传感器；以及响应于检测到所述主航行传感器处于故障状态，将所述航向数据的来源切换为所述备用航行传感器，并根据切换结果生成故障响应结果。3.根据权利要求2所述的水下滑翔机半实物仿真系统，其特征在于，所述水下滑翔机模拟装置还用于：在检测到所述主航行传感器从所述故障状态恢复所述正常工作状态时，将所述航向数据的来源恢复为所述主航行传感器，并根据恢复结果生成故障响应结果。4.根据权利要求2所述的水下滑翔机半实物仿真系统，其特征在于，所述水下滑翔机模拟装置用于：采集所述主航行传感器对应的传感器数据；响应于确定所述传感器数据在预设监测时长内的变化量等于或者小于变化量阈值，则确定所述主航行传感器处于所述故障状态。5.根据权利要求2至4任一项所述的水下滑翔机半实物仿真系统，其特征在于，所述主航行传感器是TCM姿态传感器，所述备用航行传感器为外挂姿态传感器；或者，所述主航行传感器是深度传感器，所述备用航行传感器为外挂深度传感器。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，潘光，王亚周，陈依民，张福斌，曹永辉，彭星光，李乐，王佳润，井安言，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：