无人船平台动态接入海床基观测网及数据回收研究

Sea bottom mounting (SBM) is a kind of underwater multi-parameters monitoring platforms, which has important science and strategy significance for ocean water and contamination exchanging, sea level’s monitoring and disaster forecasting. So the data collection of SBM is very important, but the traditional style by retrieving the whole system has defects, such as time delay, launching complexity and high costs. We design a novelty plan that an unmanned surface vehicle (USV) which integrates an acoustic modem is used for data collection of a network of these SBEs autonomously. For the plan, it is concluded as a problem for data collection of the network of SBEs which is limited by acoustic communication, USV’s performance and ocean environment’s effect. The research contents contain, a) the communication intension model for the USV integrated an acoustic modem, b) the USV’s path plan for data collection of the network of SBEs constrained by multi-conditions (acoustic communication, USV’s energy and ocean environment), c) the accessing protocol for adjacent SBEs by the USV, and lastly the simulation experiments and principled tests will be executed. The research will supply the theoretic foundation and technological support for the data collection of the network of SBEs. As a typical application for a moving node accessing an acoustic network dynamically, our research will supply benefits for the key acoustic foundation group.

海床基是一种坐底式多参数监测平台，对于开展海洋水、污染物交换、潮位变化规律与海洋灾害预报等研究有着重要的科学意义和战略意义。因此海床基数据的稳定可靠回收是一项非常重要的工作，然而传统的回收整个系统的方式存在不及时、作业复杂、成本高的缺点。本研究提出基于无人船搭载水声通信Modem，实现对海床基观测网的自主、无线数据回收的新思路。并将该问题归纳为，在水声通信受限、无人船运动受限和海洋环境影响下的海床基观测网数据回收问题。拟开展无人船载水声节点的通信链路强度模型研究、多种条件（水声通信、无人船能量、海洋环境）约束的海床基观测网络数据回收的无人船路径规划研究、无人船载水声节点动态接入邻近海床基节点的接入协议研究，最后开展仿真和原理性试验。本项目研究可为海床基观测网的数据自主回收提供理论基础和技术支撑。作为移动节点动态接入水声网络的一个典型应用，该研究将为水声重点基金群的研究做出有益的贡献。

海床基是一种坐底式多参数监测平台，对于开展海洋水、污染物交换、潮位变化规律与海洋灾害预报等研究有着重要的科学意义和战略意义。因此海床基数据的稳定可靠回收是一项非常重要的工作，然而传统的定期回收整个系统的方式存在不及时、作业复杂、成本高的缺点。本研究提出基于无人船搭载水声通信Modem，实现对海床基观测网的自主、无线数据回收的新思路，并将该问题归纳为，在水声通信受限、无人船运动受限和海洋环境影响下的海床基观测网数据回收问题。在分析无人船水声通信理论的基础上，利用无人船水声通信湖试和海试，构建了无人船水声通信链路强度模型。考虑现有无人船水动力特性，基于遗传算法，开展了无人船路径规划研究，仿真了海流干扰情况下的无人船最优化路径规划。利用无人船水声通信链路模型，设计了适用于海床基固定数据回收协议和移动数据回收协议，并完成了相关仿真。在课题执行过程中，改造了一艘3米级无人船，新研发了一艘5米级无人船。利用两艘无人船在青岛棘洪滩水库、海南蜈支洲岛周边海域、威海镆铘岛周边海域开展了4次无人船水声通信实验，验证了项目研发的相关水声通信算法。通过本项目的研究，在一定程度上推动了无人船、水声通信、数据回收等相关技术的发展，也推动了移动节点与水声网络的动态接入和数据回收相关理论研究。本研究工程化后，可有效地提高水下数据回收的时效性和降低海上作业风险、成本，有着广阔的应用前景，可进一步拓展水下观测网络的海洋应用，具有重要的理论意义和应用价值。