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
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于無線通信技術領域，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】
[0002]21世紀是人類向海洋進軍的時代。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，毫無疑問是一個巨大的寶庫。海洋空間與資源不僅是當今世界軍事、經(jīng)濟競爭的重要領域，也是一個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，各國都在大力進行深海探測器技術的開發(fā)。
[0003]目前，在實現(xiàn)水下探測網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)回傳過程中，現(xiàn)有的技術在進行傳輸?shù)臅r候既要花費大量的人力物力財力，而且在傳輸過程當中需要花費的時間過長，嚴重影響整個網(wǎng)絡的工作效益。
[0004]對于水下圖像采集作業(yè)或水下光學觀測作業(yè)來說，水下潛器在水下采集圖像、視頻信息，一般通過水下聲學通信將數(shù)據(jù)傳輸給船艇，而水下聲學通信技術時延較大、帶寬有限；或是將采集到的數(shù)據(jù)儲存在存儲器里，待到岸上進行提取，此方法效率很低。這兩種數(shù)據(jù)采集方法嚴重制約著大規(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、機動靈活、信息容量大、時延小、抗干擾等優(yōu)點，可保證與水下固定傳感通信設備通信時的隱蔽與安全。
[0005]針對目前水下數(shù)據(jù)獲取存在的問題，需進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)略提供強有力的技術支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種具有獲取數(shù)據(jù)快、靈活度高、實施范圍廣等優(yōu)點的無人船-水下通信系統(tǒng)。為解決上述技術問題，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中繼作用的設施(包括浮標等)；
[0008]所述水下潛器上搭載有傳感器單元、存儲器單元B和水下潛器光通信模塊，傳感器單元用于采集水下信息，存儲器單元B用于存儲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；
[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處理器能對收到的電信號進行處理并判斷是否為數(shù)據(jù)請求命令信號，且能在收到的電信號為數(shù)據(jù)請求命令信號時，發(fā)送反饋信號給第二偏置驅(qū)動電路，第二 ARM處理器還能將傳感器單元獲取的數(shù)據(jù)存儲到存儲器單元B中并發(fā)射;所述第二偏置驅(qū)動電路能將第二 ARM處理器輸出的信號調(diào)制到第二光源上，用于控制第二光源發(fā)射光信號;所述第二發(fā)射端透鏡組單元用于使第二光源發(fā)出的光信號經(jīng)過后，形成預設的發(fā)射角度;所述第二接收端光匯聚器能匯聚光信號;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，并將光信號轉(zhuǎn)化為電信號;所述第二放大濾波整形電路用于對第二光電探測器轉(zhuǎn)化得到的電信號進行處理后，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。
[0012]在本發(fā)明中，所述第二偏置驅(qū)動電路中，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)預設目標控制無人船各部件的配合運行;所述掃描定位單元是無人船在初始階段與水下潛器對接的通信模塊，掃描定位單元能通過無人船光通信模塊發(fā)出光信號，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，用于實現(xiàn)無人船對水下潛器所在區(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;所述存儲器單元A用于存儲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;所述第一 ARM處理器能發(fā)送控制信號給控制單元、能輸出數(shù)據(jù)請求命令信號、能對收到的電信號進行處理;所述第一偏置驅(qū)動電路能將第一 ARM處理器輸出的數(shù)據(jù)請求命令信號調(diào)制到第一光源上，用于控制第一光源發(fā)射光信號;所述第一發(fā)射端透鏡組單元用于使第一光源發(fā)出的光信號經(jīng)過后，形成預設的發(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;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轉(zhuǎn)化為電信號;所述第一放大濾波整形電路用于對第一光電探測器轉(zhuǎn)化得到的電信號進行處理后，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，所述存儲器單元A和存儲器單元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載波采用藍光或者綠光，即第一光源和第二光源都采用藍光LED陣列或者綠光LED陣列；其中，采用的LED陣列產(chǎn)生的光源信號波長介于450?550nm之間，功率為3?5W。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，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)通信采用藍綠光等可見光信號作為傳輸介質(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、實施范圍廣等優(yōu)點；而且采用LED或LD等光源產(chǎn)生光信號，可以降低系統(tǒng)成本，且可靠性高，該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個無人船-水下通信鏈路的實時數(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存儲器單元A; 21存儲器單元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。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[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
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[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)預設目標控制無人船2各部件的配合運行。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，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，用于實現(xiàn)無人船2對水下潛器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。所述存儲器單元A15用于存儲無人船光通信模塊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;所述第一 ARM處理器121能發(fā)送控制信號給控制單元11、能輸出數(shù)據(jù)請求命令信號、能對收到的電信號進行處理;所述第一偏置驅(qū)動電路122能將第一 ARM處理器121輸出的數(shù)據(jù)請求命令信號調(diào)制到第一光源123上，用于控制第一光源123發(fā)射光信號;所述第一發(fā)射端透鏡組單元124用于使第一光源123發(fā)出的光信號經(jīng)過后，形成預設的發(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;所述第一光電探測器126能將第一接收端光匯聚器125接收的光信號轉(zhuǎn)化為電信號;所述第一放大濾波整形電路127用于對第一光電探測器126轉(zhuǎn)化得到的電信號進行處理后，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放置時所處的區(qū)域位置，發(fā)送控制信號給控制單元11，控制無人船2移動到水下潛器I所在的區(qū)域；當移動到所在區(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)請求命令信號，第一偏置驅(qū)動電路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)請求命令信號調(diào)制到第一光源123上，第一光源123發(fā)出光信號，光信號經(jīng)過第一發(fā)射端透鏡組單元124均勻擴束，形成預設的發(fā)射角度；當成功掃描到水下潛器I的位置