無(wú)人海上測(cè)量艇航控系統(tǒng)的研究 自動(dòng)化2011-2班1105130211 張瀚文 1

1、無(wú)人海上測(cè)量艇航控系統(tǒng)的研究無(wú)人海上測(cè)量艇航控系統(tǒng)的研究信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 自動(dòng)化自動(dòng)化20112011級(jí)級(jí)2 2班班 張瀚文張瀚文 11051302111105130211研究背景及現(xiàn)狀無(wú)人海洋觀測(cè)系統(tǒng)也是世界各國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)的主要手段之一,遠(yuǎn)海島礁調(diào)查、海洋水文氣象監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，是“深遠(yuǎn)海海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)集成重大項(xiàng)目”的重要目標(biāo)，集成水下水面多參數(shù)傳感器的無(wú)人艇海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是重要實(shí)現(xiàn)手段。無(wú)人艇, 在近岸淺灘、島礁附近、石油平臺(tái)周圍，尤其是受到周邊部分國(guó)家侵?jǐn)_的島礁附近和敏感海域，相比有人操控的測(cè)量船具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要載體。航行

2、控制管理系統(tǒng)將作為無(wú)人艇的核心部分，以實(shí)現(xiàn)艇的動(dòng)力系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行控制及保護(hù)；以及無(wú)人艇的位置、縱傾、橫傾、航行軌跡等數(shù)據(jù)采集。美國(guó)的無(wú)人水面艇美國(guó)的無(wú)人水面艇 美國(guó)的無(wú)人艇種類和型號(hào)最多，例如“長(zhǎng)尾鯊”Mkl和Mkll型、“天龍星座”、“斯巴達(dá)偵察兵”無(wú)人艇；長(zhǎng)尾鯊”Mkl和Mkll型無(wú)人艇是在剛性充氣艇的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)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(wú)人水面艇以色列的無(wú)人水面艇 以色列有3家公司研制了4型無(wú)人水面艇，它們是“保護(hù)者”、“海星”、“黃貂魚”以及“銀槍魚”無(wú)人水面艇?！昂Ｐ恰笔怯梢陨邢冗M(jìn)防御系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)和制造，可用于港口和戰(zhàn)略

3、設(shè)施保護(hù)、近海巡邏、艦艇保護(hù)、兵力保護(hù)、油田（采油設(shè)施）保護(hù)、情報(bào)搜集監(jiān)視和偵察使命、干擾和誘餌使命、目標(biāo)標(biāo)示等。BH無(wú)人艇地面站軟件儀表狀態(tài)通信鏈路狀態(tài)欄航控?cái)?shù)據(jù)指令面板搖桿狀態(tài)PC104架構(gòu)PC/104(pc104)是一種嵌入式的總線規(guī)范。PC/104的優(yōu)點(diǎn)小尺寸開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范模塊可自由擴(kuò)展低功耗堆棧式連接豐富的軟件資源大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性航控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（1）硬件方面，CPU采用Freescale公司生產(chǎn)的POWERPC嵌入式內(nèi)核MPC565處理器，MPC565的高穩(wěn)定性和抗干擾能力可以滿足無(wú)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(shí)，它包括1Mbyte的Flash存儲(chǔ)，36Kbytes靜態(tài)RAM，3路時(shí)鐘處理單元，8路I/O單元、40路模擬量，兩個(gè)隊(duì)列串行多通道模塊，其中每個(gè)都包含一個(gè)隊(duì)列串行外設(shè)接口和兩個(gè)串行控制器接口，用于無(wú)人艇測(cè)量上來(lái)說(shuō)非常合適。航控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（2）軟件方面，分為航控和地面站兩個(gè)方面。地面站的主要功能是顯示當(dāng)前無(wú)人艇的工作狀態(tài)以及發(fā)送各個(gè)指令給航控。航控的主要功能是將各個(gè)指令通過(guò)不同的接口傳遞給無(wú)人艇，并且實(shí)時(shí)采集無(wú)人艇的各項(xiàng)參數(shù)并發(fā)送給地面站并且通過(guò)記錄儀記錄航行時(shí)無(wú)人艇的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制通過(guò)數(shù)據(jù)同步備份軟件TouCan，采集發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)并且通過(guò)相應(yīng)命令控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟

5、停、檔位和油門狀態(tài)。讀取的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)速、油壓等參數(shù)可以實(shí)時(shí)顯示在地面站中。軟件設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，當(dāng)無(wú)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(yīng)該立即將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，以等待救援或者進(jìn)一步動(dòng)作。航控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（3）導(dǎo)航計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集時(shí)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(jì)算機(jī)船控計(jì)算機(jī)是套成熟嵌入式系統(tǒng)。采用PC104構(gòu)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(diào)制輸出等資源。主CPU使用低功耗x86芯片，控制程序基于RTK實(shí)時(shí)核，保證多任務(wù)和實(shí)時(shí)性。航控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（5）船控計(jì)算機(jī)小型化仿真機(jī)總結(jié)與展望本無(wú)人艇控制系統(tǒng)使用的船體體積小、有效載重輕和抗風(fēng)浪能力差,導(dǎo)致該無(wú)人艇無(wú)法適用于海洋領(lǐng)域,本無(wú)人艇控制系統(tǒng)也僅能在視距范圍內(nèi)對(duì)無(wú)人艇進(jìn)行人工控制,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的自主航行。在以后的工作當(dāng)中力求實(shí)現(xiàn)一種可以離岸 20km 的能夠自主航行的應(yīng)用于海洋科學(xué)研究的無(wú)人艇,這樣既可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的海洋無(wú)人艇,也可以擴(kuò)大海洋無(wú)人艇的作業(yè)范圍,使其在海洋科學(xué)研究中發(fā)揮更大的作用。海洋無(wú)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(wú)人艇在對(duì)表層海水進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí),還可以采集海表面附近的氣象數(shù)據(jù)。將無(wú)人自動(dòng)