一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，智能導(dǎo)航系統(tǒng)能在無人干預(yù)的情況下對(duì)外界環(huán)境做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制。信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及其他學(xué)科的發(fā)展相互滲透，互相融合，推動(dòng)了控制科學(xué)與工程研究的不斷深入?？刂葡到y(tǒng)向智能控制發(fā)展已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。
[0003]慣性導(dǎo)航技術(shù)在軍用領(lǐng)域已經(jīng)趨于成熟，但由于傳感器價(jià)格過高，精密度要求等限制，長此以來不適用于民用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)及工作方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)，包括主控單元、圖像采集單元、避障傳感器單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元、GPS單元和供電單元；主控單元分別與圖像采集單元、避障傳感器單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元、GPS單元以及供電單元連接；
[0007]圖像采集單元，用于采集外部圖像并進(jìn)行圖像識(shí)別算法以獲取外部圖像信息；
[0008]避障傳感器單元，用于采集游艇周圍障礙物信息、水下障礙物信息；
[0009]無線通信單元，用于將主控單元獲取的游艇運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行無線傳輸；
[0010]動(dòng)力控制單元，用于獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行信號(hào)處理，獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息;
[0011]GPS單元，用于獲取游艇GPS定位參數(shù)信息；
[0012]主控單元，用于根據(jù)圖像采集單元、動(dòng)力控制單元、避障傳感器單元、GPS單元獲取的外部圖像信息、游艇當(dāng)前姿態(tài)信息以及游艇GPS定位參數(shù)信息，以獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果信息，并對(duì)游艇速度、加速度以及方向進(jìn)行控制；
[0013]供電單元，用于向主控單元、圖像采集單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元以及GPS單元供電。
[0014]優(yōu)選的，所述主控單元，包括微處理器、與微處理器連接并受微處理器控制的DSP單元。
[0015]優(yōu)選的，所述避障傳感器單元，包括超聲波傳感器、聲納傳感器以及外圍電路，超聲波傳感器用于采集水面五十到兩百米內(nèi)的障礙物信息，聲納傳感器用于采集水深、礁石信息，并將采集的信息用于避障動(dòng)作。
[0016]優(yōu)選的，所述圖像采集單元，包括攝像單元和外圍攝像電路單元，攝像單元用于采集外部圖像，并將所述外部圖像信息進(jìn)行圖像識(shí)別算法處理獲得外部圖像信息；
[0017]所述外部圖像信息包括水面及水面障礙物信息。
[0018]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括人機(jī)交互單元，用于接收主控單元通過無線通信單元發(fā)送的控制指令，控制游艇運(yùn)行。
[0019]優(yōu)選的，所述動(dòng)力控制單元，包括慣性傳感器單元和外部傳感器電路單元，用于獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)游艇運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行姿態(tài)結(jié)算處理，以獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述慣性傳感器單元，包括設(shè)置于游艇內(nèi)部水平位置的陀螺儀、加速度計(jì)、羅盤以及外圍電路。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述游艇當(dāng)前姿態(tài)信息包括游艇運(yùn)行速度、游艇傾斜角度、游艇運(yùn)行加速度和游艇地磁方向。
[0022]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括與主控單元連接的報(bào)警單元，用于在游艇運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)由駕駛員控制實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
[0023]優(yōu)選的，所述慣性傳感器單元還包括設(shè)置于慣性傳感器單元輸出端的負(fù)反饋回路，即舒拉回路、陀螺羅盤回路和傅科回路，通過設(shè)置所述負(fù)反饋回路，可以使得DSP單元通過負(fù)反饋電路修正所述位置誤差，以獲得較精確的位置數(shù)據(jù)。
[0024]本發(fā)明還公開了一種游艇智能導(dǎo)航的工作方法，步驟如下:
[0025]步驟一:慣性傳感器單元的傳感器獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息，圖像采集單元通過攝像單元的攝像頭拍攝外部圖像信息，GPS單元獲取游艇GPS定位參數(shù)信息，避障傳感器單元采集水面障礙物信息，微處理器接收游艇當(dāng)前姿態(tài)信息、外部圖像信息、GPS定位參數(shù)信息和水面障礙物信息；
[0026]步驟二:微處理器利用DSP單元獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息、外部圖像信息、GPS定位參數(shù)信息和水面障礙物信息，并對(duì)上述信息進(jìn)行DSP解算處理，以獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果信息；
[0027]步驟三:微處理器根據(jù)所述游艇運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果信息做出相應(yīng)的自動(dòng)躲避障礙物或者自動(dòng)靠岸的操作，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)靠岸或者自動(dòng)出海。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029]1.該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)分析處理各種傳感器的數(shù)據(jù)，完成對(duì)游艇姿態(tài)和位置的分析，同時(shí)可依據(jù)攝像單元獲取水面及水面障礙物信息。
[0030]2.該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自主GPS導(dǎo)航、近海慣性導(dǎo)航駕駛、躲避水面及水下障礙物，根據(jù)路徑算法規(guī)劃相關(guān)航線，在動(dòng)力控制上可根據(jù)游艇動(dòng)力情況建立具體模型，保證自動(dòng)駕駛的平穩(wěn)、安全，保證了乘客駕乘的舒適感和人身安全。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖2是本發(fā)明游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖3是本發(fā)明游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0035]如圖1所示，一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)，包括主控單元、圖像采集單元、避障傳感器單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元、GPS單元和供電單元；主控單元分別與圖像采集單元、避障傳感器單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元、GPS單元以及供電單元連接；
[0036]圖像采集單元，用于采集外部圖像并進(jìn)行圖像識(shí)別算法以獲取外部圖像信息；
[0037]避障傳感器單元，用于采集游艇周圍障礙物信息、水下障礙物信息；
[0038]無線通信單元，用于將主控單元獲取的游艇運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行無線傳輸；
[0039]動(dòng)力控制單元，用于獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行信號(hào)處理，獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息;
[0040]GPS單元，用于獲取游艇GPS定位參數(shù)信息；
[0041]主控單元，用于根據(jù)圖像采集單元、動(dòng)力控制單元、避障傳感器單元、GPS單元獲取的外部圖像信息、游艇當(dāng)前姿態(tài)信息以及游艇GPS定位參數(shù)信息，以獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果信息，并對(duì)游艇速度、加速度以及方向進(jìn)行控制；
[0042]供電單元，用于向主控單元、圖像采集單元、無線通信單元、動(dòng)力控制單元以及GPS單元供電。
[0043]進(jìn)一步，所述主控單元，包括微處理器、與微處理器連接并受微處理器控制的DSP單元。
[0044]如圖2所示，所述避障傳感器單元，包括超聲波傳感器、聲納傳感器以及外圍電路，超聲波傳感器用于采集水面五十到兩百米內(nèi)的障礙物信息，聲納傳感器用于采集水深、礁石信息，并將采集的信息用于避障動(dòng)作。
[0045]進(jìn)一步，所述圖像采集單元，包括攝像單元和外圍攝像電路單元，攝像單元用于采集外部圖像，并將所述外部圖像信息進(jìn)行圖像識(shí)別算法處理獲得外部圖像信息；
[0046]所述外部圖像信息包括水面及水面障礙物信息。
[0047]進(jìn)一步，所述控制系統(tǒng)還包括人機(jī)交互單元，用于接收主控單元通過無線通信單元發(fā)送的控制指令，控制游艇運(yùn)行。
[0048]進(jìn)一步，所述動(dòng)力控制單元，包括慣性傳感器單元和外部傳感器電路單元，用于獲取游艇運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)游艇運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行姿態(tài)結(jié)算處理，以獲取游艇當(dāng)前姿態(tài)信息。
[0049]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述慣性傳感器單元，包括設(shè)置于游艇內(nèi)部水平位置的陀螺儀、加速度計(jì)、羅盤以及外圍電路。
[0050]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述游艇當(dāng)前姿態(tài)信息包括游艇運(yùn)行速度、游艇傾斜角度、游艇運(yùn)行加速度和游艇地磁方向。
[0051]進(jìn)一步，所述控制系統(tǒng)還包括與主控單元連接的報(bào)警單元，用于在游艇運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)由駕駛員控制實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
[0052]進(jìn)一步，所述慣性傳感器單元還包括設(shè)置于慣性傳感器單元輸出端的負(fù)反饋回路，即舒拉回路、陀螺羅盤回路和傅科回路，通過設(shè)置所述負(fù)反饋回路，可以使得DSP單元通過負(fù)反饋電路修正所述位置誤差，以獲得較精確的位置數(shù)據(jù)。
[0053]實(shí)施例:如圖3所示，一種游艇智能導(dǎo)航系統(tǒng)，各單元連接方式如下:主控單元中，微處理器采用MTK7620N，微處理器與DPS單元采用串口模式連接，微處理器的10 口與報(bào)警單元輸入連接，且微處理器通過通信總線與陀螺儀、加速度計(jì)和電子羅盤以及GPS單元連接，微處理器與上述單元可進(jìn)行雙向通信；微處理器PWM輸出與發(fā)電機(jī)連接。
[0054]攝像單元采用攝像頭，且攝像頭通過USB協(xié)議與微處理器進(jìn)行信息傳輸。
[0055]微處理器運(yùn)行Linux系