基于MOOS的AUV通信系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于文浩+趙英

【摘要】 自主式無纜水下機(jī)器人（AUV）作為一種新的技術(shù)手段，在海洋資源研究領(lǐng)域中起到重要的作用[1]。為了保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以AUV后艙體電路板作為硬件平臺，搭載GPS、無線數(shù)傳電臺、銥星9602通信終端等多個(gè)傳感器，共同組成通信定位系統(tǒng)，各傳感器模塊化分布，使用MOOS體系下串口通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)岸基平臺與AUV的交互。

【關(guān)鍵詞】 AUV通信系統(tǒng) 串口編程 MOOS-ivp

一、AUV通信系統(tǒng)簡介

AUV的通信系統(tǒng)需要具備如下功能：1.實(shí)時(shí)接收來自岸基平臺發(fā)送的控制指令；2.接收來自各傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，返回給岸基端進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。因此，自主式水下航行器通信系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)是與各傳感器模塊的配合協(xié)調(diào)、建立穩(wěn)定的通信鏈路、具備應(yīng)急處理能力。在實(shí)際工作中，AUV需要與母船控制單元、岸基平臺進(jìn)行通信，AUV在貼近水面工作時(shí)，通過大功率的無線電波或者銥星衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、信息的共享、控制指令的下達(dá)等工作。

二、AUV通信系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)基于Paul Michael Newman 提出的MOOS-ivp體系[2]，使用Linux系統(tǒng)的FLTK類庫開發(fā)操作平臺的界面，核心在于利用pMOOSBridge進(jìn)程搭建AUV與岸基端的通信信道[3]。pMOODBridge是建立MOOS派生系統(tǒng)的重要工具，可以將AUV端與岸基端配置的MOOSDB（數(shù)據(jù)信息服務(wù)器）相連，在不同的MOOSDB之間起到橋梁的作用，首先接收來自自身所在MOOS體系的數(shù)據(jù)變量，然后根據(jù)AUV實(shí)際工作中的狀態(tài)修改配置文件，最后完成已定義數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)質(zhì)上就是功能模塊pMOOSbridge分別與不同的MOOSDB服務(wù)器之間的通信。

在設(shè)計(jì)中，在pMOOSBridge添加支持RS232串口的類CMOOSSerialLink（），支持?jǐn)?shù)據(jù)的發(fā)送、捕獲、解析、分類等功能。利用pMOOSBridge類建立的連接主要完成如下兩條任務(wù)：

（1）獲取當(dāng)前AUV狀態(tài)信息、位置信息，從AUV端MOOSDB采集GPS數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到岸基端，岸基端MOOSDB讀取數(shù)據(jù)信息，分類發(fā)送給各個(gè)進(jìn)程模塊，并顯示到岸基界面上；

（2）岸基界面發(fā)送控制指令通過MOOSDB傳輸?shù)酱诤蟀l(fā)送到AUV端，AUV端MOOSDB讀取指令信息，實(shí)現(xiàn)對AUV的導(dǎo)航與控制功能。

以無線數(shù)傳電臺為例，pMOOSBridge類建立其與MOOSDB的連接，使MOOSDB與傳感器之間建立串口數(shù)據(jù)連接，其工作流程如圖1、2所示。

三、軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

MOOS體系的核心模塊是MOOSDB，GPS定位模塊被CMOOSCommClient實(shí)例化后與MOOSDB進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)串口通信，需要建立繼承于CMOOSApp的子類，對函數(shù)OnStartUp（）、Iterate（）、OnNewMail（）進(jìn)行重載，實(shí)現(xiàn)傳感器與MOOSDB的串口通信功能。本文采用Ublox LEA-6T型號的高精度GPS，采集GPRMC的格式數(shù)據(jù)應(yīng)用于AUV的導(dǎo)航與定位中。

通信系統(tǒng)的操作界面部分代碼如圖3、4所示。

通過無線數(shù)傳電臺的通信信道，AUV可實(shí)時(shí)返回當(dāng)前位置信息，實(shí)現(xiàn)了通信與定位的功能，有效的保障了AUV的正常工作，系統(tǒng)可自主切換通信信道，采用銥星9602裝置的通信方法與無線數(shù)傳電臺相似。

四、結(jié)語

本文介紹了新型AUV通信系統(tǒng)的軟件開發(fā)與應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了基于MOOS的AUV通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以pMOOSBridge為核心，介紹此進(jìn)程實(shí)現(xiàn)通信功能的原理與應(yīng)用，最后以GPS定位模塊、無線數(shù)傳電臺的采集程序開發(fā)為例，介紹通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，并開發(fā)軟件模擬AUV的通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]徐玉如，李彭超.水下機(jī)器人發(fā)展趨勢[J].自然雜志，2011（3）：5-12.

[2] NEWMAN MOOS： a moos oriented operating suite[R].USA：Department of Ocean Engineering，MIT，2008.

[3] NEWMAN MOOS：Bridging communities with pMOOSBridge，MIT，2009.