无人海上测量艇航控系统的研究 自动化2011-2班1105130211 张瀚文 1

1、无人海上测量艇航控系统的研究无人海上测量艇航控系统的研究信息工程学院信息工程学院 自动化自动化20112011级级2 2班班 张瀚文张瀚文 11051302111105130211研究背景及现状无人海洋观测系统也是世界各国海洋环境监测与海洋灾害预报的主要手段之一,远海岛礁调查、海洋水文气象监测、海洋环境监测，是“深远海海洋动力环境监测关键技术与系统集成重大项目”的重要目标，集成水下水面多参数传感器的无人艇海洋监测系统是重要实现手段。无人艇, 在近岸浅滩、岛礁附近、石油平台周围，尤其是受到周边部分国家侵扰的岛礁附近和敏感海域，相比有人操控的测量船具有明显的优势，是实现海洋环境监测的重要载体。航行

2、控制管理系统将作为无人艇的核心部分，以实现艇的动力系统、伺服系统、推进系统的运行控制及保护；以及无人艇的位置、纵倾、横倾、航行轨迹等数据采集。美国的无人水面艇美国的无人水面艇 美国的无人艇种类和型号最多，例如“长尾鲨”Mkl和Mkll型、“天龙星座”、“斯巴达侦察兵”无人艇；长尾鲨”Mkl和Mkll型无人艇是在刚性充气艇的基础上发展而来的，它们主要用于一般的海上巡逻和监视，也可用于搜索和救生。 以色列的无人水面艇以色列的无人水面艇 以色列有3家公司研制了4型无人水面艇，它们是“保护者”、“海星”、“黄貂鱼”以及“银枪鱼”无人水面艇。“海星”是由以色列先进防御系统公司设计和制造，可用于港口和战略

3、设施保护、近海巡逻、舰艇保护、兵力保护、油田（采油设施）保护、情报搜集监视和侦察使命、干扰和诱饵使命、目标标示等。BH无人艇地面站软件仪表状态通信链路状态栏航控数据指令面板摇杆状态PC104架构PC/104(pc104)是一种嵌入式的总线规范。PC/104的优点小尺寸开放的高可靠性的工业规范模块可自由扩展低功耗堆栈式连接丰富的软件资源大大简化系统设计的复杂性航控系统的实现（1）硬件方面，CPU采用Freescale公司生产的POWERPC嵌入式内核MPC565处理器，MPC565的高稳定性和抗干扰能力可以满足无人艇的工作需要，50MHz以上的频率以及-40到85也确保在高低温的环境下仍然有着稳

4、定出色的能力。同时，它包括1Mbyte的Flash存储，36Kbytes静态RAM，3路时钟处理单元，8路I/O单元、40路模拟量，两个队列串行多通道模块，其中每个都包含一个队列串行外设接口和两个串行控制器接口，用于无人艇测量上来说非常合适。航控系统的实现（2）软件方面，分为航控和地面站两个方面。地面站的主要功能是显示当前无人艇的工作状态以及发送各个指令给航控。航控的主要功能是将各个指令通过不同的接口传递给无人艇，并且实时采集无人艇的各项参数并发送给地面站并且通过记录仪记录航行时无人艇的各项指标参数。对发动机的控制通过数据同步备份软件TouCan，采集发动机的数据并且通过相应命令控制发动机的启

5、停、档位和油门状态。读取的发动机状态，包括转速、油压等参数可以实时显示在地面站中。软件设计时需要注意，当无人艇不受地面站控制数据传输发生中断后的2秒，航控应该立即将发动机熄火，以等待救援或者进一步动作。航控系统的实现（3）导航计算机数据采集时需要的传感器温度传感器压力传感器电流电压传感器油量传感器船控计算机船控计算机是套成熟嵌入式系统。采用PC104构架，包括16路可配置继电器输出、10路RS232/RS422串口和5路PWM脉宽调制输出等资源。主CPU使用低功耗x86芯片，控制程序基于RTK实时核，保证多任务和实时性。航控系统的实现（5）船控计算机小型化仿真机总结与展望本无人艇控制系统使用的船体体积小、有效载重轻和抗风浪能力差,导致该无人艇无法适用于海洋领域,本无人艇控制系统也仅能在视距范围内对无人艇进行人工控制,没有实现真正意义上的自主航行。在以后的工作当中力求实现一种可以离岸 20km 的能够自主航行的应用于海洋科学研究的无人艇,这样既可以实现真正意义上的海洋无人艇,也可以扩大海洋无人艇的作业范围,使其在海洋科学研究中发挥更大的作用。海洋无人艇工作于海洋表面,海表面是海水与大气的交界面,因此海洋无人艇在对表层海水进行监测的同时,还可以采集海表面附近的气象数据。将无人自动