一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法及装置与流程
本发明涉及船舶交通管理系统，尤其涉及一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法及装置。
背景技术：
1、针对水下航行器的导航与定位挑战，全球导航卫星系统(global navigationsatellite system，gnss)的局限性尤为显著，因为这些卫星发射的信号在接触水体时会迅速衰减，无法穿透至水下环境，从而无法为航行器提供直接的定位服务。水下世界复杂性远超陆地和空中环境。海流的无常变化、水温的垂直与水平梯度、盐度的区域性差异，以及错综复杂的海底地形，共同构成了一个动态且难以预测的导航环境。
2、在这样的背景下，水下航行器若仅依赖gnss进行定位，将面临巨大的挑战和潜在的风险。当航行器深入水下，其安装的gnss接收器将失去信号，导致无法实时获取准确的经纬度信息。这对于进行海上试验的科研人员而言，无疑是一个重大的障碍，因为试验人员需要精确掌握航行器的位置以确保试验的顺利进行和安全性。
3、缺乏实时位置信息不仅让试验人员难以对航行器进行有效监控和控制，还使得试验区域周围的船只和船舶交通管理系统(如船舶自动识别系统)无法察觉到水下航行器的存在。这种状态在繁忙的海域或进行高风险试验时可能引发碰撞。
4、船舶自动识别系统(automatic identification system，ais)由岸基基站设施和船载设备共同组成，当船舶装备了ais和gnss设备时，ais系统会从gnss设备接收实时的船舶位置数据(包括经度、纬度等)，并将这些数据与其他船舶动态信息(如航向、航速)一起打包成ais报文。这些ais报文随后广播出去，供其他船舶和岸上设施接收和解码。该系统通过甚高频(very high frequency，vhf)海上移动频段采用时分多址接入技术，自动广播和接收船舶的静态信息、动态信息、航次信息和安全信息。ais系统的作用距离大约为25海里，且不受能见度、雨雪及障碍物的影响，大大提高了船舶之间的协调避让能力。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提出了一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法及装置，采用超短基线(ultra short base-line，usbl)设备通过接收水下航行器发送的水声信号计算出水下航行器的当前位置信息，然后通过串口发送水下航行器的当前位置信息，在数据读取和处理后打包成ais报文进行广播，能够实现水下航向器的跟踪定位和广播，其它船舶和岸上设施能够接收ais报文并进行解码，获取水下航行器的当前位置信息。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
2、一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法及装置，其特征在于，采用模块化设计包括水声通信模块、数据处理模块、射频模块、自动重置模块以及循环程序模块。所述水声通信模块采用水声通信计算所述水下航行器的当前位置信息，每条所述当前位置信息长度和数据格式固定，且均以所述特定字符作为所述结束标志位，所述水声通信模块具有数据发送功能，将所述水下航行器的所述当前位置信息通过串口发送到所述数据处理模块的串口缓冲区。
3、所述数据处理模块通过内存分配存储和读取所述水下航行器的所述当前位置信息。所述射频模块规定了固定的消息类型，采用含有位置报告的消息类型，所述射频模块接收到所述数据处理模块发送的所述当前位置信息后，通过无线通信进行广播。所述自动重置模块包括所述串口缓冲区字符串指针变量以及所述结束标志位等，所述射频模块在进行广播后会进入所述自动重置模块，恢复初始状态；在异常情况下，所述自动重置模块会清空所述数据处理模块存储的信息，恢复初始状态。所述异常情况包括但不限于：所述当前位置信息长度不符或数据格式错误、所述当前位置信息无所述结束标志位、所述数据处理模块读取所述水下航行器的当前位置信息时间异常，所述异常情况会进入所述自动重置模块。
4、所述循环程序模块在所述串口缓冲区有数据时开始运行，当所述串口缓冲区当前位置数据为所述结束标志位时进行条件判断，若满足所述水声通信模块的数据格式协议时，将所述数据处理模块获得的所述当前位置信息通过所述射频模块进行广播，然后进入所述自动重置模块，恢复初始状态；若不满足所述水声通信模块的数据格式协议，则直接进入所述自动重置模块，恢复初始状态。
5、本发明所述方法能够实现水下航向器的跟踪定位和广播，减少因无法获得水下航行器位置信息而产生碰撞的风险。
技术特征：
1.一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法，其特征在于，包括水声通信模块、数据处理模块、射频模块、自动重置模块以及循环程序模块，采用超短基线设备通过接受所述水下航行器发送的水声信号计算出所述水下航行器的当前位置信息，然后通过串口接收所述水下航行器的所述当前位置信息，所述数据处理模块进行数据处理并将所述当前位置信息打包成船舶自动识别系统报文，所述射频模块将所述船舶自动识别系统报文进行广播，其它船舶和岸上设施能够接收所述船舶自动识别系统报文并进行解码，获取所述水下航行器的所述当前位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水声通信模块采用水声通信计算所述水下航行器的所述当前位置信息，每条所述当前位置信息的长度和数据格式固定，且均以特定字符作为结束标志位；所述水声通信模块具有数据发送功能，将所述水下航行器的所述当前位置信息通过串口发送到所述数据处理模块的串口缓冲区。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据处理模块通过内存分配存储和读取所述水下航行器的所述当前位置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述自动重置模块包括所述串口缓冲区的字符串指针变量以及所述结束标志位等；所述射频模块在进行广播后会进入所述自动重置模块，恢复初始状态；在异常情况下，所述自动重置模块会清空所述数据处理模块存储的信息，恢复初始状态；所述异常情况包括但不限于：所述当前位置信息长度不符或数据格式错误、所述当前位置信息无所述结束标志位、所述数据处理模块读取所述水下航行器的所述当前位置信息时间异常。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述循环程序模块在所述串口缓冲区有数据时开始运行，当所述串口缓冲区当前位置数据是所述结束标志位时进行条件判断，若满足所述水声通信模块的数据格式协议时，所述数据处理模块把所述当前位置信息打包成所述船舶自动识别系统报文，所述射频模块把所述船舶自动识别系统报文广播出去，然后进入所述自动重置模块，恢复初始状态；若不满足所述水声通信模块的数据格式协议，则直接进入所述自动重置模块，恢复初始状态。
6.一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位装置，其特征在于，所述水下航行器定位方法及装置具体实现方式包括但不限于：将直流电源、嵌入式处理器、功率放大器以及射频信号发射装置集成在嵌入式装置中。
技术总结
本发明公开了一种基于船舶交通管理系统的水下航行器定位方法及装置，采用水声通信设备通过接受水下航行器发送的水声信号计算出水下航行器的当前位置信息，然后通过串口接收水下航行器的当前位置信息，在数据读取和处理后将当前位置信息打包成船舶自动识别系统报文进行广播，能够实现水下航向器的跟踪定位和广播，其他船舶和岸上设施能够接收船舶自动识别系统报文并进行解码，获取水下航行器的当前位置信息。
技术研发人员：王凤超,闫祎,王勇
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七六O研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5