[发明专利]一种用于水下装备无线通信的装置及其控制方法

说明书

一种用于水下装备无线通信的装置及其控制方法，包括卷扬机构（1）及其控制器；承力电缆（2）；通信舱（3）；无线通信模块（4）；传感器模块；处理控制模块（6）；执行机构（11）；电源。当通信舱（3）上浮或下潜时，加速度计实时测量通信舱（3）上浮或下潜的加速度，陀螺仪实时测量通信舱（3）的角速度并解算出姿态角，深度传感器实时测量通信舱（3）所处的水下深度，所测量的数据实时发送至处理控制模块（6）；处理控制模块（6）进行导航解算，输出有效的导航信息，完成控制解算，形成控制指令。执行机构接收到控制指令后对通信舱（3）的位置、速度、姿态进行控制，实现通信舱（3）上浮或下潜时姿态稳定。

技术领域

本发明涉及水下装备无线通信技术领域，尤其是涉及一种用于水下装备无线通信的装置，本发明还涉及一种水下装备无线通信装置的控制方法。

背景技术

在海洋科学数据收集、污染监测、海上勘探、灾害预防、辅助导航、水下监视等方面往往会使用水下装备。水下装备与远程控制中心往往需要进行数据通信。

由于水下装备大部分时间在水下执行任务，无线通信装置的电磁波信号受环境的影响，在水下通信距离较短，当远程执行任务时，无法与远程控制中心进行正常的无线通信。

目前，水下装备远程执行任务过程中，当需要与远程控制中心通信时，采取的方式为长波通信或者整个装备上浮至水面后通信。长波通信需要建立长波电台、长波电台体积庞大、造价高，经济性较差；整个装备上浮至水面的通信方式是将无线通信装置天线置于空气中进行通信，完成通信后再下潜至工作深度。这种方式的缺点是装备体积庞大，上浮和下潜速度较慢，上浮和下潜耗时较长，使得水下作业不具备连续性，且无法满足及时通信的要求。

CN102167136A于2011年08月31日公开了一种海洋升降潜标系统，在该系统中，浮标通过通信系留缆连接水下绞车；浮标与水下绞车之间的通信系留缆上靠近浮标的部分等间距设置多个剖面测量仪器；水下绞车固定在主浮体上；目标探测系统和ADCP均设置在主浮体上；锚泊系留机构包括采用锚链串接的玻璃浮球、应答释放器和压载锚。控制中心控制浮标系统定时浮出海面和潜入海中；目标探测系统探测活动目标，当判定有活动目标进入预设范围时，控制中心控制浮标系统潜入海中。浮标在浮出海面时，将所接收的各种数据传输给地面岸站。使用本发明既可以实现海洋观测数据的实时传输，又避免了风浪和其他因素对浮标寿命的影响。

CN103427913A于2013年12月4日公开了一种可升降的通信中继系统及方法，用于完成水下用户与地面控制中心间的信息交互，该系统包含：用于水下用户与地面控制中心之间的信息收发的天线舱；用于控制天线舱在水下上浮或下潜及管理水下和地面用户的中继控制舱；和用于具体实施天线舱升降动作的升降装置；其中，所述天线舱包含第一水声调制解调器和天线舱顶部的卫星通信终端，所述第一调制解调器与位于水下的中继控制舱进行双向无线水声通信，所述卫星通信终端通过无线的方式与地面控制中心之间进行数据或指令的交互；所述升降装置在所述中继控制舱的控制下实现天线舱在水下的上浮或下潜；所述中继控制舱管理水下和地面用户之间的数据传输，并通过水声无线通信监控无线舱的深度和姿态数据控制升降装置的工作和停止。

现有技术中，至少存在以下缺陷之一：

可升降的通信中继系统（或升降潜标系统）为固定在海底的通信装置，水下用户（或水下装备）需要移动至通讯中继系统附近，才能与地面岸站进行数据通讯，一定程度上限制了水下用户使用区域的范围，特别是在深远海区域工作的水下用户不能应用；

可升降的通信中继系统（或升降潜标系统）上升速率受限于天线舱（或主浮体）的浮力，下潜速率受限于伺服电机的性能和稳定性，系统无法进行快速升降和可调速升降；

可升降的通信中继系统（或升降潜标系统）受到海水运动的随机干扰，系统线缆产生较大的牵引力和力矩，系统对这种随机干扰无法测量与控制，降低了系统的可靠性和寿命。在洋流干扰较大的情况下，系统甚至无法上浮至水面。

发明内容