[发明专利]一种具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络

说明书

本发明提供一种具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络，包括作为水面网关的主节点、作为信息中继传输中介的汇聚节点和传感器节点，所述主节点包括水面部分的无线电调制解调器和水下部分的声学调制解调器；所述汇聚节点包括分别与其进行数据传输和通信的功率放大器、信号处理单元和接口增益控制模块；所述传感器节点包括装载各种传感器的自主水下机器人中央控制模块和传感器模块，所述传感器模块包括导航模块和运动规划模块；本发明提供的具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络无动力驱使的、多动态节点相互通信传输信息，保证自主水下机器人能够不断调整速度跟踪偏差而使水下机器人的实际位置进行不断调整以跟踪时变的期望轨迹。

技术领域

本发明属于水下通信技术领域，具体涉及一种具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络。

背景技术

海洋拥有丰富的资源和广阔的空间。水下传感器网络部署在极其复杂可变的水下环境中，主要利用水声进行通信。在军事应用方面，水下武器系统的日益智能化，要求对其进行指挥控制通信，如：潜艇之间、母舰与潜艇或其它水下无人作战平台之间的通信，对水下航行器实施监测和导航，以及对水雷的远程声遥控等。在民用方面，如水下语音通信、工业用海岸遥测、水下机器人和海上平台的遥控指令传送、海底勘探数据与图像的传输，环境系统中的污染监测数据，水文站的采集数据等等，无不使其对水下通信的需求大为增加。

水下无线传感器网络是使用飞行器、潜艇或水面舰将大量的微型传感器节点随机布放到感兴趣水域，节点通过水声无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给接收者。

但是，现有技术中的浮标均是静态节点，不能够适应海洋浮动动态的环境信息采集需求。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种无动力驱使的、多动态节点相互通信传输信息，保证自主水下机器人能够不断调整速度跟踪偏差而使水下机器人的实际位置进行不断调整以跟踪时变的期望轨迹的具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络。

本发明提供如下技术方案：一种具有动态节点的自主水下机器人无线传感器网络，包括作为水面网关的主节点、作为信息中继传输中介的汇聚节点和传感器节点，

所述主节点包括水面部分的无线电调制解调器和水下部分的声学调制解调器；

所述汇聚节点包括分别与其进行数据传输和通信的功率放大器、信号处理单元和接口增益控制模块；

所述传感器节点包括装载各种传感器的自主水下机器人中央控制模块和传感器模块，所述传感器模块包括环境探测模块、电源监控和管理模块、通信模块、动力模块、障碍探测模块、导航模块和运动规划模块。

进一步地，所述功率放大器与声学换能器通信连接，所述信号处理单元与存储单元通信连接，所述接口增益控制模块与传感器模块接口通信连接。

进一步地，所述环境探测模块包括水压探测传感器、盐度探测传感器和水温探测传感器。

进一步地，所述主节点的水下部分与有限网络互连时，所述主节点作为岸基网关。

进一步地，所述主节点由浮标或舰船搭建，水上部分为无线电调制解调器，水下部分为声学调制解调器时，所述主节点作为水面网关。

进一步地，根据整个水下或水上网络系统数据传输量的需求，所述主节点的数量不唯一。

进一步地，所述障碍探测模块内部设置有GPS定位系统，用于实时定位所述水下无线传感器网络所在位置坐标。

进一步地，所述导航模块和运动规划模块的导航方法，包括以下步骤：

1)、构建所述自主水下机器人的地心坐标系水平运动模型：