無人海上測量艇航控系統(tǒng)的研究 自動化2011-2班1105130211 張瀚文 1

1、無人海上測量艇航控系統(tǒng)的研究無人海上測量艇航控系統(tǒng)的研究信息工程學院信息工程學院 自動化自動化20112011級級2 2班班 張瀚文張瀚文 11051302111105130211研究背景及現(xiàn)狀無人海洋觀測系統(tǒng)也是世界各國海洋環(huán)境監(jiān)測與海洋災害預報的主要手段之一,遠海島礁調查、海洋水文氣象監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測，是“深遠海海洋動力環(huán)境監(jiān)測關鍵技術與系統(tǒng)集成重大項目”的重要目標，集成水下水面多參數(shù)傳感器的無人艇海洋監(jiān)測系統(tǒng)是重要實現(xiàn)手段。無人艇, 在近岸淺灘、島礁附近、石油平臺周圍，尤其是受到周邊部分國家侵擾的島礁附近和敏感海域，相比有人操控的測量船具有明顯的優(yōu)勢，是實現(xiàn)海洋環(huán)境監(jiān)測的重要載體。航行

2、控制管理系統(tǒng)將作為無人艇的核心部分，以實現(xiàn)艇的動力系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、推進系統(tǒng)的運行控制及保護；以及無人艇的位置、縱傾、橫傾、航行軌跡等數(shù)據(jù)采集。美國的無人水面艇美國的無人水面艇 美國的無人艇種類和型號最多，例如“長尾鯊”Mkl和Mkll型、“天龍星座”、“斯巴達偵察兵”無人艇；長尾鯊”Mkl和Mkll型無人艇是在剛性充氣艇的基礎上發(fā)展而來的，它們主要用于一般的海上巡邏和監(jiān)視，也可用于搜索和救生。 以色列的無人水面艇以色列的無人水面艇 以色列有3家公司研制了4型無人水面艇，它們是“保護者”、“海星”、“黃貂魚”以及“銀槍魚”無人水面艇?！昂Ｐ恰笔怯梢陨邢冗M防御系統(tǒng)公司設計和制造，可用于港口和戰(zhàn)略

3、設施保護、近海巡邏、艦艇保護、兵力保護、油田（采油設施）保護、情報搜集監(jiān)視和偵察使命、干擾和誘餌使命、目標標示等。BH無人艇地面站軟件儀表狀態(tài)通信鏈路狀態(tài)欄航控數(shù)據(jù)指令面板搖桿狀態(tài)PC104架構PC/104(pc104)是一種嵌入式的總線規(guī)范。PC/104的優(yōu)點小尺寸開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范模塊可自由擴展低功耗堆棧式連接豐富的軟件資源大大簡化系統(tǒng)設計的復雜性航控系統(tǒng)的實現(xiàn)（1）硬件方面，CPU采用Freescale公司生產(chǎn)的POWERPC嵌入式內核MPC565處理器，MPC565的高穩(wěn)定性和抗干擾能力可以滿足無人艇的工作需要，50MHz以上的頻率以及-40到85也確保在高低溫的環(huán)境下仍然有著穩(wěn)

4、定出色的能力。同時，它包括1Mbyte的Flash存儲，36Kbytes靜態(tài)RAM，3路時鐘處理單元，8路I/O單元、40路模擬量，兩個隊列串行多通道模塊，其中每個都包含一個隊列串行外設接口和兩個串行控制器接口，用于無人艇測量上來說非常合適。航控系統(tǒng)的實現(xiàn)（2）軟件方面，分為航控和地面站兩個方面。地面站的主要功能是顯示當前無人艇的工作狀態(tài)以及發(fā)送各個指令給航控。航控的主要功能是將各個指令通過不同的接口傳遞給無人艇，并且實時采集無人艇的各項參數(shù)并發(fā)送給地面站并且通過記錄儀記錄航行時無人艇的各項指標參數(shù)。對發(fā)動機的控制通過數(shù)據(jù)同步備份軟件TouCan，采集發(fā)動機的數(shù)據(jù)并且通過相應命令控制發(fā)動機的啟

5、停、檔位和油門狀態(tài)。讀取的發(fā)動機狀態(tài)，包括轉速、油壓等參數(shù)可以實時顯示在地面站中。軟件設計時需要注意，當無人艇不受地面站控制數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生中斷后的2秒，航控應該立即將發(fā)動機熄火，以等待救援或者進一步動作。航控系統(tǒng)的實現(xiàn)（3）導航計算機數(shù)據(jù)采集時需要的傳感器溫度傳感器壓力傳感器電流電壓傳感器油量傳感器船控計算機船控計算機是套成熟嵌入式系統(tǒng)。采用PC104構架，包括16路可配置繼電器輸出、10路RS232/RS422串口和5路PWM脈寬調制輸出等資源。主CPU使用低功耗x86芯片，控制程序基于RTK實時核，保證多任務和實時性。航控系統(tǒng)的實現(xiàn)（5）船控計算機小型化仿真機總結與展望本無人艇控制系統(tǒng)使用的船體體積小、有效載重輕和抗風浪能力差,導致該無人艇無法適用于海洋領域,本無人艇控制系統(tǒng)也僅能在視距范圍內對無人艇進行人工控制,沒有實現(xiàn)真正意義上的自主航行。在以后的工作當中力求實現(xiàn)一種可以離岸 20km 的能夠自主航行的應用于海洋科學研究的無人艇,這樣既可以實現(xiàn)真正意義上的海洋無人艇,也可以擴大海洋無人艇的作業(yè)范圍,使其在海洋科學研究中發(fā)揮更大的作用。海洋無人艇工作于海洋表面,海表面是海水與大氣的交界面,因此海洋無人艇在對表層海水進行監(jiān)測的同時,還可以采集海表面附近的氣象數(shù)據(jù)。將無人自動