【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水下布纜，具體涉及一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著水下通信技術(shù)的不斷發(fā)展，水聽(tīng)器陣列纜作為水下信息傳輸?shù)闹匾d體，其布放效率和穩(wěn)定性對(duì)水下通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建至關(guān)重要。傳統(tǒng)的光纜布放方式往往依賴于人工操作或大型船只搭載設(shè)備進(jìn)行，不僅效率低下，而且成本高昂，同時(shí)還面臨著復(fù)雜的海洋環(huán)境帶來(lái)的諸多挑戰(zhàn)。在水下光纜布放過(guò)程中，由于水流、浮力、姿態(tài)等多種因素的影響，光纜的布放速度、張力以及姿態(tài)穩(wěn)定性往往難以得到精確控制。這可能導(dǎo)致光纜在布放過(guò)程中受到損傷，或者布放后的光纜因姿態(tài)不穩(wěn)定而影響通信質(zhì)量。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的恒張力布放感通光纜，成為了水下通信
亟待解決的問(wèn)題。
2、近年來(lái)，隨著水下無(wú)人航行器(auv)技術(shù)的快速發(fā)展，auv在水下光纜布放中的應(yīng)用逐漸受到重視。auv具有自主導(dǎo)航、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)復(fù)雜海洋環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，能夠大大降低光纜布放的難度和成本。然而，將auv應(yīng)用于光纜布放時(shí)，仍需要解決一系列技術(shù)難題，如光纜的恒張力布放、浮力與姿態(tài)的耦合控制等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)。
2、一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，包括水面部分與水下部分；所述水面部分包括搭載水聽(tīng)器陣列纜卷筒的作業(yè)船；所述水下部分包括搭載有布放機(jī)構(gòu)的無(wú)人潛器；所述布放機(jī)構(gòu)包括張力傳感器、電磁鐵裝置、導(dǎo)軌和三通連接器；所述導(dǎo)軌安裝在
3、作業(yè)船攜帶水聽(tīng)器陣列纜卷筒抵達(dá)作業(yè)區(qū)域后，釋放多組無(wú)人潛器，水聽(tīng)器陣列纜前端依次穿過(guò)各無(wú)人潛器搭載的三通連接器下部套筒；作業(yè)船向各無(wú)人潛器分配任務(wù)，無(wú)人潛器移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)張力傳感器監(jiān)測(cè)電磁鐵裝置與電機(jī)滑塊之間的張力，從而計(jì)算出水聽(tīng)器陣列纜所受的張力，并通過(guò)電機(jī)滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證水聽(tīng)器陣列纜在水下布放過(guò)程中張力波動(dòng)控制在±2％以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒張力控制；當(dāng)所有無(wú)人潛器抵達(dá)指定位置后，同時(shí)控制各自攜帶的電磁鐵裝置失效，三通連接器攜帶水聽(tīng)器陣列纜下沉到預(yù)定位置，完成布放任務(wù)。
4、進(jìn)一步地，所述無(wú)人潛器移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電機(jī)滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)水聽(tīng)器陣列纜所受的張力，具體為：
5、采用pid控制，電機(jī)滑塊在導(dǎo)軌上的實(shí)時(shí)位置x(t)與張力傳感器的實(shí)時(shí)測(cè)量值f(t)存在關(guān)聯(lián)：
6、f(t)＝k1x(t)+k2
7、其中，k1和k2為常數(shù)，分別表示比例因子和偏移量；
8、根據(jù)預(yù)設(shè)的張力期望值fd計(jì)算張力誤差e(t)：
9、e(t)＝fd-f(t)
10、pid控制器根據(jù)張力誤差e(t)計(jì)算控制信號(hào)u(t)：
11、
12、其中，kp為比例增益系數(shù)，反映當(dāng)前誤差對(duì)控制信號(hào)的影響；ki為積分增益系數(shù)，反映誤差積累對(duì)控制信號(hào)的影響；kd為微分增益系數(shù)，反映誤差變化率對(duì)控制信號(hào)的影響；
13、將控制信號(hào)u(t)反饋至電機(jī)滑塊，使電機(jī)滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)水聽(tīng)器陣列纜所受張力的調(diào)節(jié)。
14、進(jìn)一步地，所述三通連接器下部套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有鋸齒摩擦結(jié)構(gòu)，用于增加三通連接器與水聽(tīng)器陣列纜的摩擦力，保證水聽(tīng)器陣列纜與三通連接器的連接性能。
15、進(jìn)一步地，所述無(wú)人潛器包括通信與控制機(jī)構(gòu)、浮力機(jī)構(gòu)、外殼機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述通信與控制機(jī)構(gòu)用于接收并發(fā)送信號(hào)，同時(shí)控制無(wú)人潛器自身以及搭載的布放機(jī)構(gòu)；所述浮力機(jī)構(gòu)用于控制無(wú)人潛器上浮、下潛、以及定深；所述外殼機(jī)構(gòu)用于保證無(wú)人潛器內(nèi)部水密性；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于無(wú)人潛器在水下實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。
16、進(jìn)一步地，所述外殼機(jī)構(gòu)包括依次連接的頭部殼體、中部控制段殼體和尾部殼體，各段殼體連接處設(shè)置防水橡膠圈，中部控制段殼體上部安裝有把手，布放機(jī)構(gòu)安裝在中部控制段殼體的下部。
17、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在控制段殼體中部左右兩側(cè)的左翼螺旋槳和右翼螺旋槳、安裝在控制段殼體中部頂面的頭頂螺旋槳，安裝在尾部殼體尾端的尾部螺旋槳，以及安裝在尾部螺旋槳周向的舵板。
18、進(jìn)一步地，所述浮力機(jī)構(gòu)包括水泵和水箱；所述水箱布置在中部控制段殼體內(nèi)部下側(cè)，通過(guò)上下支撐架固定；所述水泵安裝在中部控制段殼體與尾部殼體之間，水泵兩端分別與水箱接口和連接殼接口連接，并在接口處通過(guò)橡膠圈和密封膠保證防水性；無(wú)人潛器下潛之前，水箱內(nèi)空置；通過(guò)水泵向水箱內(nèi)注水使無(wú)人潛器自身重量大于所受浮力時(shí)，無(wú)人潛器下潛；通過(guò)水泵從水箱中抽水使無(wú)人潛器自身重量小于所受浮力時(shí)，無(wú)人潛器上浮；無(wú)人潛器需要定深時(shí)，通過(guò)頭頂螺旋槳與水泵配合，使無(wú)人潛器所受浮力等于自身重力加上頭頂螺旋槳的推力。
19、進(jìn)一步地，所述通信與控制機(jī)構(gòu)包括天線和控制芯片；所述天線安裝在中部控制段殼體的尾部上方；所述控制芯片通過(guò)支撐架安裝在中部控制段殼體內(nèi)部上側(cè)，位于水箱上方；所述控制芯片集成供電控制模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、通信控制模塊、布放機(jī)構(gòu)控制模塊、gps定位模塊以及深度傳感器模塊。
20、本專利技術(shù)的有益效果在于：
21、本專利技術(shù)采用了恒張力控制結(jié)構(gòu)，保證了線纜在布放過(guò)程中的穩(wěn)定性和保證了線纜本身的功能性不會(huì)收到影響。本專利技術(shù)采用無(wú)人潛航器集群布置，布放速度不再依賴于布放船的移動(dòng)，比起傳統(tǒng)布放方式布放速度進(jìn)一步提高，無(wú)人潛航器集群布置相對(duì)于傳統(tǒng)布放船布放，可以保證在布放船安全的同時(shí)有較遠(yuǎn)的布放距離。
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1.一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：包括水面部分與水下部分；所述水面部分包括搭載水聽(tīng)器陣列纜卷筒(3)的作業(yè)船(1)；所述水下部分包括搭載有布放機(jī)構(gòu)的無(wú)人潛器；所述布放機(jī)構(gòu)包括張力傳感器(22)、電磁鐵裝置(23)、導(dǎo)軌(24)和三通連接器(26)；所述導(dǎo)軌(24)安裝在無(wú)人潛器底部，在導(dǎo)軌(24)上設(shè)有電機(jī)滑塊(21)；所述電磁鐵裝置(23)與電機(jī)滑塊(21)連接，所述張力傳感器(22)用于檢測(cè)電磁鐵裝置(23)與電機(jī)滑塊(21)之間的張力；所述三通連接器(26)上部安裝有磁鐵(25)，三通連接器(26)通過(guò)磁鐵(25)安裝在電磁鐵裝置(23)下方；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人潛器移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電機(jī)滑塊(21)在導(dǎo)軌(24)上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)水聽(tīng)器陣列纜所受的張力，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述三通連接器(26)下部套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有鋸齒摩擦結(jié)構(gòu)，用于增加三通連接器(26
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人潛器包括通信與控制機(jī)構(gòu)、浮力機(jī)構(gòu)、外殼機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述通信與控制機(jī)構(gòu)用于接收并發(fā)送信號(hào)，同時(shí)控制無(wú)人潛器自身以及搭載的布放機(jī)構(gòu)；所述浮力機(jī)構(gòu)用于控制無(wú)人潛器上浮、下潛、以及定深；所述外殼機(jī)構(gòu)用于保證無(wú)人潛器內(nèi)部水密性；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于無(wú)人潛器在水下實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述外殼機(jī)構(gòu)包括依次連接的頭部殼體(5)、中部控制段殼體(8)和尾部殼體(16)，各段殼體連接處設(shè)置防水橡膠圈，中部控制段殼體(8)上部安裝有把手(7)，布放機(jī)構(gòu)安裝在中部控制段殼體(8)的下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在控制段殼體(8)中部左右兩側(cè)的左翼螺旋槳(9)和右翼螺旋槳(19)、安裝在控制段殼體(8)中部頂面的頭頂螺旋槳(10)，安裝在尾部殼體(16)尾端的尾部螺旋槳(13)，以及安裝在尾部螺旋槳(13)周向的舵板(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述浮力機(jī)構(gòu)包括水泵(17)和水箱(20)；所述水箱(20)布置在中部控制段殼體(8)內(nèi)部下側(cè)，通過(guò)上下支撐架固定；所述水泵(17)安裝在中部控制段殼體(8)與尾部殼體(16)之間，水泵(17)兩端分別與水箱(20)接口和連接殼接口連接，并在接口處通過(guò)橡膠圈和密封膠保證防水性；無(wú)人潛器下潛之前，水箱(20)內(nèi)空置；通過(guò)水泵(17)向水箱(20)內(nèi)注水使無(wú)人潛器自身重量大于所受浮力時(shí)，無(wú)人潛器下潛；通過(guò)水泵(17)從水箱(20)中抽水使無(wú)人潛器自身重量小于所受浮力時(shí)，無(wú)人潛器上浮；無(wú)人潛器需要定深時(shí)，通過(guò)頭頂螺旋槳(10)與水泵(17)配合，使無(wú)人潛器所受浮力等于自身重力加上頭頂螺旋槳(10)的推力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述通信與控制機(jī)構(gòu)包括天線(12)和控制芯片(18)；所述天線(12)安裝在中部控制段殼體(8)的尾部上方；所述控制芯片(18)通過(guò)支撐架安裝在中部控制段殼體(8)內(nèi)部上側(cè)，位于水箱(20)上方；所述控制芯片(18)集成供電控制模塊(6)、驅(qū)動(dòng)控制模塊、通信控制模塊、布放機(jī)構(gòu)控制模塊、GPS定位模塊以及深度傳感器模塊。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：包括水面部分與水下部分；所述水面部分包括搭載水聽(tīng)器陣列纜卷筒(3)的作業(yè)船(1)；所述水下部分包括搭載有布放機(jī)構(gòu)的無(wú)人潛器；所述布放機(jī)構(gòu)包括張力傳感器(22)、電磁鐵裝置(23)、導(dǎo)軌(24)和三通連接器(26)；所述導(dǎo)軌(24)安裝在無(wú)人潛器底部，在導(dǎo)軌(24)上設(shè)有電機(jī)滑塊(21)；所述電磁鐵裝置(23)與電機(jī)滑塊(21)連接，所述張力傳感器(22)用于檢測(cè)電磁鐵裝置(23)與電機(jī)滑塊(21)之間的張力；所述三通連接器(26)上部安裝有磁鐵(25)，三通連接器(26)通過(guò)磁鐵(25)安裝在電磁鐵裝置(23)下方；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人潛器移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電機(jī)滑塊(21)在導(dǎo)軌(24)上的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)水聽(tīng)器陣列纜所受的張力，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述三通連接器(26)下部套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有鋸齒摩擦結(jié)構(gòu)，用于增加三通連接器(26)與水聽(tīng)器陣列纜的摩擦力，保證水聽(tīng)器陣列纜與三通連接器(26)的連接性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)人潛器包括通信與控制機(jī)構(gòu)、浮力機(jī)構(gòu)、外殼機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述通信與控制機(jī)構(gòu)用于接收并發(fā)送信號(hào)，同時(shí)控制無(wú)人潛器自身以及搭載的布放機(jī)構(gòu)；所述浮力機(jī)構(gòu)用于控制無(wú)人潛器上浮、下潛、以及定深；所述外殼機(jī)構(gòu)用于保證無(wú)人潛器內(nèi)部水密性；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于無(wú)人潛器在水下實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多潛器協(xié)同可編程式的水聽(tīng)器陣列纜無(wú)人自主布放系統(tǒng)，其特征在于：所述外殼機(jī)構(gòu)包括依次連接的頭部殼體(5)、中部控制段殼體(8)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊志勛，王澤軒，王興遠(yuǎn)，楊云帆，趙藝博，王剛，董立強(qiáng)，李孟書(shū)，陸俁丞，廖煌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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