[发明专利]一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台

权利要求书

1.一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台，其特征在于，是由多个互相通信的单AUV模拟平台扩展得到的多AUV协同平台；

所述单AUV模拟平台由上位机、模拟AUV组成；

所述模拟AUV为遥控船组件或ROV；所述遥控船组件包括遥控船、遥控器、单片机和智能终端；所述ROV包括运行机构、处理机和传感器模块；

所述智能终端用于采集传感器信息，包括角速度、加速度、旋转矩阵、GPS定位数据和姿态角；

所述ROV的传感器模块用于采集传感器信息，包括角速度、加速度、旋转矩阵、GPS定位数据、姿态角和深度；

每个单AUV模拟平台在上位机上搭载一个MOOS平台，由数据通信模块、融合导航模块、规划决策模块和运动控制模块组成；一方面每个MOOS平台的pShare进程连接MOOSDB，获取该MOOS平台中其它进程的消息；另一方面不同MOOS平台通过pShare进程两两连接互相通信；

所述数据通信模块用于通过pComm进程分别与各单AUV模拟平台的智能终端或处理机通信，获取传感器信息并通过MOOSDB发送给融合导航模块，以及实时监测连接活性；

所述融合导航模块用于通过导航滤波算法处理传感器信息，得到模拟AUV当前状态估计值并发送给规划决策模块；

所述规划决策模块用于根据各模拟AUV当前状态估计值，通过路径规划算法结合优化方法，得到各模拟AUV下一时刻的状态期望值并发送给运动控制模块；

所述运动控制模块用于根据各模拟AUV下一时刻的状态期望值，通过pRB_PID进程的控制逻辑转化为控制信息，再由pUART进程封装成数据帧后发送给模拟AUV实现运动控制；

所述pUART进程用于串口通信，将控制信息组装成帧；

所述模拟AUV的状态信息包括三维位置、速度、姿态角；

所述pComm进程采用IO多路复用机制，包括一个主线程和两个子线程；其中，主线程用于获取数据和MOOSDB通信；一个子线程用于启动进程与MOOSDB通信；另一个子线程用于pComm与客户端通信；所述客户端为智能终端或ROV处理机；

pComm与客户端通信的子线程使用基于事件驱动的支持IO多路复用技术的网络通信服务器，支持多个客户端同时连接；在初始化后等待事件发生，包括连接事件、读事件、写事件和定时事件；

所述连接事件用于处理新客户端的网络连接并为其注册读写事件；

所述读事件用于读取客户端的传感器信息数据包，解码提取原始数据；

所述写事件用于发送命令信息，将其编码成帧后发送给客户端；

所述定时事件用于检测连接活性，客户端定时发送心跳检测数据到pComm进程，在定时器中检查最近接收的心跳包是否超时；如超时则连接失效，尝试重新连接，同时pComm进程自动清理失效连接有关的数据，为新连接创建所需资源；

所述pComm进程还将传感器信息数据包分发到MOOS平台中的各传感器进程，并统计传输速率和延时用来验证各模块通信是否能达到实时要求；所述传感器进程包括惯导模拟传感器进程、声传感器模拟进程、其他目标模拟进程和视觉传感器进程；所述惯导模拟传感器进程用于模拟惯导传感器的数据采集，包括模拟AUV位置、速度和姿态；所述声传感器模拟进程用于模拟声传感器数据生成，包括各模拟AUV之间距离和方位；所述其他目标模拟进程用于产生其他模拟AUV的信息，包括三维位置；所述视觉传感器进程用于输出视觉处理信息，包括各模拟AUV之间相对距离和相对姿态。

2.如权利要求1所述多AUV水下协同作业的模拟实验平台，其特征在于，所述pRB_PID进程的控制逻辑为：首先计算模拟AUV的导航航向角与期望航向角的差值；若航向角差值的绝对值小于给定阈值，则沿原方向前进；否则，如航向角差值为正则左转，为负则右转；还需要考虑ROV的深度，计算导航深度与期望深度的差值，若深度差值为正，则下潜，为正则上浮；左转右转的转向速度和上浮下潜的速度均由PID控制算法根据航向角差值和深度差值得到。