一種用于水下機(jī)器人的無線通訊系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線通訊領(lǐng)域，具體地說是一種用于水下機(jī)器人的無線通訊系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)海洋的探索日益頻繁和迫切，水下機(jī)器人作為一種重要的工具得到了大量的應(yīng)用。
[0003]由于水下機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，水下機(jī)器人與母船保持通訊就變得非常重要。尤其是AUV (Autonomous Underwater Vehicle)由于和母船沒有線纜連接,只能使用無線通訊設(shè)備與母船通訊。目前可用于水下機(jī)器人的無線通訊主要有如下的幾種:
[0004]低頻無線電通訊，一般使用無線電數(shù)傳電臺(tái)作為通訊設(shè)備，其特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單，通過串口即可收發(fā)數(shù)據(jù)，通訊距離可達(dá)幾十千米；缺點(diǎn)是通訊速率較低，一般最高可達(dá)幾十kbps，通訊距離受地形等環(huán)境影響大，有遮擋時(shí)通訊距離大大降低；一般只需要投入設(shè)備費(fèi)用，通訊無需另外付費(fèi)。
[0005]高頻無線電通訊，可使用無線網(wǎng)橋作為無線通訊設(shè)備，通過以太網(wǎng)口收發(fā)數(shù)據(jù)，通訊速率可達(dá)I lMbps、54Mbps，通訊距離一般可達(dá)3?5千米，由于頻率較高，信號(hào)繞射能力較低，一般只能進(jìn)行視距通訊；一般只需要投入設(shè)備費(fèi)用，通訊無需另外付費(fèi)。
[0006]衛(wèi)星通訊，比較有代表性的是銥星和北斗通訊。衛(wèi)星通訊一般不受地形影響，通訊距離由衛(wèi)星信號(hào)覆蓋范圍決定，銥星可以做到全球覆蓋，北斗目前可以覆蓋我國(guó)周邊地區(qū)。衛(wèi)星通訊速率較低，且除通信設(shè)備費(fèi)用外還需支付通訊產(chǎn)生的流量費(fèi)用，通訊成本較高。
[0007]2G/3G移動(dòng)通訊，通訊速率可達(dá)幾十kbps至幾Mbps，需要在有2G/3G移動(dòng)信號(hào)的地方才能進(jìn)行通訊，目前在大部分的陸地和近海都可以正常通訊，但是在遠(yuǎn)海一般沒有信號(hào)。除通信設(shè)備費(fèi)用外還需支付通訊產(chǎn)生的流量費(fèi)用，但是綜合成本較衛(wèi)星通訊低。
[0008]水聲通訊，可在水下進(jìn)行通訊。通訊距離與信號(hào)頻率等相關(guān)，一般通訊速率較低。
[0009]單獨(dú)使用以上的通訊手段只能在水下機(jī)器人使命中的一段時(shí)間內(nèi)保持通訊，綜合管理和調(diào)度各種無線通訊設(shè)備，保持水下機(jī)器人在使命執(zhí)行期間可以不間斷保持與母船的聯(lián)系顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)水下機(jī)器人在使命全程保持與母船通訊需求，本發(fā)明綜合使用高頻無線電通訊、低頻無線電通訊、衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通信模塊、水聲通訊設(shè)備作為通訊手段，并設(shè)置無線通訊管理單元對(duì)各種無線通訊設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，構(gòu)成覆蓋水下機(jī)器人使命執(zhí)行過程的無線通訊系統(tǒng)，同時(shí)降低通訊的能源消耗和通訊成本。
[0011]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種用于水下機(jī)器人的無線通訊系統(tǒng)，無線網(wǎng)橋通過以太網(wǎng)口與無線通訊管理單元連接，無線電數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星通訊設(shè)備、水聲通訊機(jī)通過串口與無線通訊管理單元連接，移動(dòng)通信模塊通過USB接口與無線通訊管理單元連接，自動(dòng)駕駛儀與無線通訊管理單元通過CAN總線和以太網(wǎng)連接。
[0013]所述無線通訊管理單元內(nèi)置ARM架構(gòu)的微控制器和控制電路。
[0014]所述控制電路集成串口控制電路、以太網(wǎng)控制電路、CAN總線控制電路和USB控制電路。
[0015]一種用于水下機(jī)器人的無線通訊方法，無線通訊管理單元開始運(yùn)行后，從水下機(jī)器人安裝的自動(dòng)駕駛儀獲取水下機(jī)器人自主導(dǎo)航位置信息、水下機(jī)器人狀態(tài)信息；
[0016]無線通訊管理單元自適應(yīng)選擇適合的無線通訊設(shè)備與母船進(jìn)行無線通訊，同時(shí)接收母船發(fā)送的控制指令并轉(zhuǎn)發(fā)給自動(dòng)駕駛儀。
[0017]所述無線通訊管理單元自適應(yīng)選擇適合的無線通訊設(shè)備的方法如下:
[0018]若水下機(jī)器人在水下航行，則使用水聲通訊機(jī)進(jìn)行通訊，其他通訊設(shè)備關(guān)閉；
[0019]若水下機(jī)器人在水面，則關(guān)閉水聲通訊機(jī)，打開無線網(wǎng)橋進(jìn)行通訊；
[0020]若無線網(wǎng)橋與母船交互通訊正常，則使用無線網(wǎng)橋通訊，若無線網(wǎng)橋無法與母船交互通訊，則打開無線電數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行通訊；
[0021]若無線電數(shù)傳電臺(tái)與母船交互通訊正常，則使用無線電數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行通訊，若無線電數(shù)傳電臺(tái)無法與母船交互通訊，則打開移動(dòng)通信模塊進(jìn)行通訊；
[0022]若移動(dòng)通信模塊交互通訊正常，則使用移動(dòng)通信模塊進(jìn)行通訊，若移動(dòng)通信模塊無法交互通訊，則打開衛(wèi)星通訊設(shè)備進(jìn)行衛(wèi)星通訊。
[0023]在進(jìn)行衛(wèi)星通訊期間，若移動(dòng)通信模塊交互通訊正常，則使用移動(dòng)通信模塊進(jìn)行通訊，停止進(jìn)行衛(wèi)星通訊設(shè)備的衛(wèi)星通訊；
[0024]在使用移動(dòng)通信模塊通訊期間，若無線電數(shù)傳電臺(tái)交互通訊正常，則使用無線電數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行通訊，停止移動(dòng)通信模塊的通訊；
[0025]在使用無線電數(shù)傳電臺(tái)通訊期間，若無線網(wǎng)橋交互通訊正常，則使用無線電數(shù)傳電臺(tái)和無線網(wǎng)橋同時(shí)進(jìn)行通訊；
[0026]若水下機(jī)器人潛入水下，則使用水聲通訊機(jī)進(jìn)行通訊，關(guān)閉其他所有無線通訊設(shè)備。
[0027]衛(wèi)星通訊設(shè)備和移動(dòng)通訊設(shè)備通過有無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)來判斷是否能夠通訊，無線電數(shù)傳電臺(tái)和無線網(wǎng)橋通過在限定時(shí)間內(nèi)是否可與母船建立通訊鏈接判斷能否通訊。
[0028]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0029]1.綜合多種無線通訊手段，保證無線通訊覆蓋水下機(jī)器人使命執(zhí)行的各個(gè)階段；
[0030]2.使用內(nèi)置控制程序的無線通訊管理單元對(duì)各個(gè)通訊設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，水下機(jī)器人的自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)只需與無線通訊管理單元進(jìn)行通訊，降低自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)；
[0031]3.無線通訊管理單元根據(jù)內(nèi)置的控制程序，自動(dòng)選擇最佳的通訊方式，同時(shí)停止不需要的通訊方式，降低通訊成本和能源消耗。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2是本發(fā)明控制程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]如圖1所示，為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明為一種用于水下機(jī)器人的無線通訊系統(tǒng)，包括無線電數(shù)傳電臺(tái)，無線網(wǎng)橋、移動(dòng)通信模塊、衛(wèi)星通訊設(shè)備、水聲通訊機(jī)及無線通訊管理單元構(gòu)成。其中，所述的無線通訊管理單元通過以太網(wǎng)和CAN總線與水下機(jī)器人的自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)連接，以太網(wǎng)可以進(jìn)行高速通訊，CAN總線可以進(jìn)行高實(shí)時(shí)性要求的通訊；所述的無線通訊管理單元可通過串口、以太網(wǎng)、USB接口等分別與各通訊設(shè)備