[发明专利]基于ARM和DSP处理器的无人船船载控制系统

说明书

本发明涉及一种基于ARM和DSP处理器的无人船船载控制系统，包括：DSP处理器、ARM处理器、自主导航子系统、测深子系统、姿态控制子系统、电池电压检测子系统、毫米波雷达防撞子系统以及数据存储子系统，其中，自主导航子系统用于预先给无人船输入航线；测深子系统用于通过回声测高仪，将采集到的水下测深数据传送至ARM处理器；姿态控制子系统用于获得姿态角度信号；电池电压检测子系统，用于检测无人船的电池电压信号，判断无人船续航能力；毫米波雷达防撞子系统用于通过线性频率调制连续波雷达测量无人船与前方目标物之间距离与相对速度，并通过DSP处理器对采集的实时信息进行分析与判断当前无人船航行安全状态。

技术领域

本发明涉及船只控制技术领域，尤其涉及一种基于ARM和DSP处理器的无人船船载控制系统。

背景技术

无人船是一种新型的水上监测平台，其以河川、湖泊、水库、海岸及港湾等水域为对象，以小型船舶为载体，集成定位导航、通讯与控制设备，可搭载多种监测传感器，以遥控/自主的工作方式完成特定水文和水环境要素监测。由于无人船具有布设灵活、成本经济、自动测量等特点，在水文要素观测、水环境监测、水库及河道泥沙淤积量评估、水利工程选址和水下考古等方面具有广阔的应用前景。

早期的船载控制系统主要搭建在普通的工业单片机上。近年来，为了增强控制系统的可扩展性和嵌入式软件的可移植性，出现了综合ARM处理器和工业计算机的控制系统，如《一种无舵自动走航的无人船》申请公布号为CN103303452A的发明专利中，ARM处理器被用来处理动力、电源和姿态信息，而工控机用来处理定位和测深单元信息，通讯信息由ARM处理器和工控机共同处理。未来随着无人船应用领域的逐渐扩展，在满足高精度定位与导航，精确灵活的船只控制、准确的姿态控制等功能要求的同时，也对无人船船只体积、控制系统功耗和专用性等方面提出更高的要求。不同传感器的集成特性要求越来越高，单位时间数据获取量的增加会给远程数据传输带来很大压力。此外，无人船相关控制算法的改进和先进控制算法的提出，都需要无人船船载控制系统具备较高的数据处理和分析能力。当前的控制系统在低功耗、系统集成度以及数据处理能力这些方面功能还较弱，这就要求设计开发出兼容性和可扩展性更好、系统集成度更高、数据处理能力更强的船载控制系统。

由于无人船控制系统涉及子系统或设备较多，已有的控制系统兼容性和扩展性较差、系统集成度低，尤其是导航定位系统和其他传感器数据获取系统，采用工控机大大增加了系统的复杂程度，而且工控机体积比较大、功耗大、移动性差，一般无法实现远程维护和升级。另外现有控制系统运算速度低，导致无人船控制算法实现效果不好或无法应用复杂控制算法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，利用嵌入式Linux操作系统的优势，提高控制系统的兼容性和可扩展性、以及远程维护和升级能力，利用嵌入式系统能耗低的特点，提高无人船的续航能力，利用DSP处理器强大的数字信号处理能力，提高对于控制算法的处理能力，实现复杂的控制算法。

为实现这一目的，本发明提出了一种基于ARM和DSP处理器的无人船船载控制系统，包括：DSP处理器、ARM处理器、自主导航子系统、测深子系统、姿态控制子系统、电池电压检测子系统、毫米波雷达防撞子系统以及数据存储子系统，

其中，所述自主导航子系统，用于预先给无人船输入航线，所述自主导航子系统包括：GPS模块与无线电台；

所述测深子系统，用于通过回声测高仪，将采集到的水下测深数据传送至所述ARM处理器，所述ARM处理器通过所述无线电台将采集到的所述水下测深数据传送至地面监控系统；

所述姿态控制子系统，将采集到的陀螺仪与加速度计传感器数据经卡尔曼滤波对传感器进行补偿以及信息融合后，获得姿态角度信号，其中，所述角度信号通过PID控制器运算，输出PWM信号对舵机进行控制操作；

所述电池电压检测子系统，用于检测所述无人船的电池电压信号，并通过简单电压对比法对电池剩余电量进行计算，判断无人船续航能力；