[发明专利]一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台

说明书

本发明公开了一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台，该平台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；上位机和遥控船组件或ROV组成单AUV模拟平台；采集模拟AUV的传感器信息，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。本发明设计实现了多AUV的消息通信方案，并利用心跳检测机制保证了可靠性；可融合速率不同的多源传感器信息，解决了传感器测量延迟问题，并且能够自动检测和剔除野值，提高导航精度；具有实验过程简便、调试效率高、设计成本低，扩展性好和可靠性高等优点；实验证明本发明具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于自主水下航行器领域，尤其涉及一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台。

背景技术

海洋占地球表面的71％，蕴藏着丰富的海洋生物资源、矿物资源和能源，是人类社会可持续发展的重要财富。随着人类越来越频繁和深入的开展海洋开发活动，在水下恶劣环境中，搭载多传感器的自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)已成为人类延伸自己感知能力的主要工具之一。

AUV进行水下作业，需要每时每刻了解自身所处的位置，才能决定下一步要进行的动作，因而高精度的融合多传感器信息的导航方法是AUV完成任务的技术保障。在导航基础上，AUV还要实现路径规划，任务决策，自主控制等功能，从而完成一个完整的水下作业。

然而AUV的研制过程较长，多AUV水下协同实验更是需要大量的财力和精力支持，因此出现了一些AUV模拟实验平台。这些实验平台通常用软件仿真或者半实物模拟AUV运动，将相应传感器数据上传到一台计算机中，运行核心算法程序，生成相应的运动指令信息再下发到模拟AUV中。但现有的AUV模拟实验平台仍存在以下不足：1.现有的模拟实验平台多是依赖纯软件来模拟AUV运动或是半实物的仿真平台；2.现有的模拟实验平台多是针对单AUV进行模拟，对多AUV协同的模拟实验平台涉及较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多AUV水下协同作业的模拟实验平台，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；