發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 14:21

【摘要】：水面無人艇是一種利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對船舶設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視與管理的無人駕駛船舶,需要長時(shí)間在無人值守的環(huán)境下完成各種工作。為適應(yīng)工作要求,無人艇需要搭載更多的傳感器及設(shè)備以獲取各類數(shù)據(jù)來支持水面上的自主航行和作業(yè),因此所需要接入的傳感器的數(shù)量及數(shù)據(jù)接口類型也越來越多。然而現(xiàn)有的船舶通信系統(tǒng)只提供船舶制造領(lǐng)域的一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備接口,不能實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用。本文來源于水質(zhì)監(jiān)測無人艇的研發(fā),針對上述問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)水面無人艇通信系統(tǒng),該系統(tǒng)能獲取多個(gè)不同類型接口的傳感器數(shù)據(jù),并在CAN總線上以NMEA2000報(bào)文的形式進(jìn)行傳輸,然后借助無線通信手段與地面站建立通信連接,將數(shù)據(jù)上傳至地面站同時(shí)接收地面站指令,實(shí)現(xiàn)地面站與無人艇的數(shù)據(jù)交互。本文所開展工作如下:一、查閱現(xiàn)有的無人艇及其數(shù)據(jù)通信的相關(guān)資料,在此基礎(chǔ)上完成該水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測無人艇通信系統(tǒng)的體系搭建,將系統(tǒng)分為用于底層設(shè)備間通信的設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)和用于人為監(jiān)控的船舶管理網(wǎng)絡(luò),并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通道聯(lián)系兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。二、設(shè)計(jì)本系統(tǒng)所使用的通信協(xié)議。設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)以CAN協(xié)議為基礎(chǔ),并借鑒其高層協(xié)議NMEA2000的報(bào)文格式和動(dòng)態(tài)地址分配,根據(jù)無人艇的數(shù)據(jù)需求設(shè)計(jì)水質(zhì)參數(shù)等多種設(shè)備數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議,解決了應(yīng)用中獲取多類型數(shù)據(jù)的要求;船舶管理網(wǎng)絡(luò)建立起了船岸兩端的無線連接,以TCP/IP模型為參考,在應(yīng)用層設(shè)計(jì)用戶數(shù)據(jù)協(xié)議,用于解決實(shí)際應(yīng)用中用戶的數(shù)據(jù)需求。三、基于協(xié)議的解讀和設(shè)計(jì),在設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)支持多類型接口數(shù)據(jù)接收、解析和封裝的通用軟硬件,使不同接口類型的設(shè)備及傳感器能夠在總線上互相收發(fā)數(shù)據(jù)。在船舶管理網(wǎng)絡(luò)中建立基于Linux系統(tǒng)和UDP協(xié)議的船載服務(wù)器作為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通道,接收船舶的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)并上傳至地面站,同時(shí)校驗(yàn)并轉(zhuǎn)發(fā)地面站的指令到設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)。四、根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)際的應(yīng)用場景要求,對各部分功能進(jìn)行測試,從測試結(jié)果中分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的獲取、處理和應(yīng)用能力,最后將系統(tǒng)搭載在水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測無人艇上進(jìn)行實(shí)地測試,將地面站收到的參數(shù)數(shù)據(jù)與標(biāo)定值進(jìn)行比較,以此分析系統(tǒng)整體性能。
【圖文】：

，用領(lǐng)域無人艇的研發(fā)，目前英、美、以色列等國都在不斷研發(fā)先進(jìn)的高速水面艇，用于執(zhí)行多種海上軍事任務(wù)，以增強(qiáng)其海軍實(shí)力。２１世紀(jì)以來，，隨著無線自動(dòng)化、人工智能等技術(shù)的迅猛發(fā)展，制約ＵＳＶ發(fā)展的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸得到破，無人艇迎來了一段高速發(fā)展期，世界上各軍事強(qiáng)國己將其列為重點(diǎn)軍事項(xiàng)行研宄和開發(fā)，其中美國和以色列在該領(lǐng)域尤為領(lǐng)先（張樹凱等，２０１５）。逡逑美國作為ＵＳＶ的發(fā)展主導(dǎo)國家，有著許多研究機(jī)構(gòu)、軍方單位等長期致力領(lǐng)域的研宄。美海軍于２００７年７月發(fā)布了《海軍無人水面艇自主計(jì)劃》，明確面無人艇反水雷、反潛等７項(xiàng)使命任務(wù)以及障礙規(guī)避、載荷／武器耦合等５大重展技術(shù)，為美國海軍水面無人艇指明了發(fā)展的方向。２００５年美國研發(fā)了斯巴達(dá)兵（Ｓｐａｒｔａｎ邋Ｓｃｏｕｔ）水面無人艇，該型無人艇是美國軍用無人艇中最具代表性果，主要用于避免己方海上軍事力量受不對稱力量的威脅，也可以裝備武器來方部隊(duì)提供火力支援，從而建立在海上戰(zhàn)斗中的優(yōu)勢。２０１０年，美國啟動(dòng)研制主式反潛持續(xù)跟蹤無人水面艇（ＡＣＴＵＶ），該型無人水面艇排水量約１５０邋ｔ，長ｍ，最大航速５０邋ｋｍ／ｈ，能在５級海況下持續(xù)工作，在７級海況下能保證航行和可獨(dú)立在海上航行２？３個(gè)月，代表了當(dāng)今無人水面艇領(lǐng)域的最高技術(shù)水平（許２０１８）。在不久的將來，水面無人艇將成為美海軍的重要部分。逡逑

圖２邋“保護(hù)者”號無人艇逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ邋ＵＳＶ逡逑Ｎ丨和以色列，我國在水丨ｆｒｉ無人艇領(lǐng)域的研宄盡管起步相對對海洋資源利用的重視，發(fā)展十分迅速，己經(jīng)從最初的概的實(shí)際應(yīng)用階段。我國現(xiàn)在自主研發(fā)水面無人艇的有哈爾
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U665.2;TN914

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2665171