無人水陸兩棲車水下環(huán)境探測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及運輸工具的水下探測系統(tǒng)，特別涉及無人水陸兩棲車水上行駛環(huán)境的水下探測系統(tǒng)，屬于兩棲車輛系統(tǒng)的無人駕駛技術領域。
【背景技術】
[0002]無人水陸兩棲車在戰(zhàn)場上應用廣泛，其應用的地形較為復雜，包括了河流、湖泊以及近海等環(huán)境，需要經(jīng)常面對水上行駛和搶灘登陸等情況。在行駛過程中，水陸兩棲車如果具備水下的視野，就能夠對水底的起伏、礁石的位置等進行探測和預判，以進行主動的調(diào)整避讓，從而安全快速地完成作戰(zhàn)任務。目前傳統(tǒng)的水陸兩棲車上并沒有配備相應的裝置，在水上行駛過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)因對水下情況無法知悉而導致行駛效率降低的情況。因此針對無人水陸兩棲車開發(fā)一款水下環(huán)境探測系統(tǒng)是必要的。
[0003]目前，水下探測技術在民用和軍用領域均有應用，例如民用方面的漁業(yè)和航海業(yè)和軍用方面的反潛探測等。但是將這種水下探測技術應用于水陸兩棲車領域并在真實的戰(zhàn)場上發(fā)揮出有效功能，并沒有過深入的研究。主要表現(xiàn)在:首先是探測角度的優(yōu)化設計和視頻顯示模塊的設計，目前應用于漁業(yè)和航海業(yè)的水下探測均是根據(jù)其行業(yè)需求來設計的，主要用于探測魚群和海底地質地貌勘測，通常僅采用單獨的水下探測器來進行，應用場景比較簡單，而水陸兩棲車有其特有的技術要求，在戰(zhàn)場上情況復雜多變，需要對多個合適角度具備探測能力來保證探測效果，如果探測角度設計的不好，將很難有效提高行駛效率;其次是多種探測系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化，在漁業(yè)和航海業(yè)，在進行魚群探測和海底地質地貌勘測時，通常要求具有較遠的探測距離，所以一般主要單獨采用聲納探測技術，而在反潛探測中，對成像的清晰度要求較高，探測距離要求也較遠，所以一般單獨采用激光探測技術，而在無人水陸兩棲車領域，應用水下探測技術是為了為駕駛人提供水下視野，防止兩棲車在水上行駛時觸碰到水下的礁石或其他障礙物，提升其水上行駛的安全性。
[0004]那么，如何因地制宜地選擇和匹配不同的探測技術，以達到優(yōu)良的使用效果，在這方面還存在較大的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)提供一種無人水陸兩棲車水下環(huán)境探測系統(tǒng)，適用于無人水陸兩棲車的水下環(huán)境探測系統(tǒng)，為駕駛人提供豐富的水下視野，改善無人水陸兩棲車的水上行駛效率，提高其總體作戰(zhàn)性能；同時通過結合不同的水下探測技術，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，充分發(fā)揮駕駛人的操作能力，使得適用于水陸兩棲車的水下環(huán)境探測系統(tǒng)更加簡單有效。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的:
[0007]該無人水陸兩棲車水下環(huán)境探測系統(tǒng)，包括分布在無人水陸兩棲車的車體和遠程控制端的視頻采集模塊、視頻傳輸模塊、視頻顯示模塊和控制開關模塊；
[0008]所述視頻采集模塊由探測器組成，包括前視左側水下攝像頭、前視右側水下攝像頭、前視聲納、左側掃聲納和右側掃聲納；
[0009]前視左側水下攝像頭和前視右側攝像頭安裝在水下攝像頭支架上，水下攝像頭支架安裝在車底前部中間位置;前視左側水下攝像頭和前視右側水下攝像頭的拍攝角度均為60°;水下攝像頭支架提供的安裝面角度使得兩個水下攝像頭的主光軸均向車底下方偏轉并與車底平面夾角為30°，且兩個水下攝像頭的主光軸夾角為60°，該60°主光軸夾角的角平分線平行于車輛前進方向；
[0010]前視聲納安裝在車底前部中間位置，且位于水下攝像頭的后部;所述前視聲納的探測角度為60°，該前視聲納的探測區(qū)域的橫向角平分面與車底平面夾角為30° ;
[0011]左側掃聲納和右側掃聲吶均安裝在車輛底部正中的位置;兩個側掃聲納的探測角度均為60° ;左側掃聲納和右側掃聲吶的探測區(qū)域的橫向角平分面與車底平面夾角為60°，并且探測區(qū)域的后邊緣與車底平面垂直;左側掃聲納和右側掃聲吶的探測區(qū)域的縱向角平分面之間的夾角為60°;
[0012]視頻傳輸模塊包括布置于車體的視頻發(fā)射裝置、以及布置于遠程控制端的視頻接收裝置，實現(xiàn)視頻采集模塊所采集視頻信號的無線傳輸；
[0013]視頻顯示模塊由布置在遠程控制端的顯示器組和視頻格式轉換器組成;所述顯示器組包括前視左側攝像頭顯示器、前視右側攝像頭顯示器、前視聲納顯示器、左側掃聲吶顯示器和右側掃聲納顯示器;所有顯示器布置在遠程控制端中駕駛位的正前方;視頻格式轉換器將經(jīng)過視頻傳輸模塊傳輸?shù)囊曨l信號進行適配后顯示在顯示器上；
[0014]控制開關模塊包括布置在遠程控制端的開關操作裝置和開關信號發(fā)生發(fā)射裝置，以及布置在車體的開關信號接收裝置和開關動作裝置;其中，開關操作裝置由一系列開關組成，開關信號發(fā)生發(fā)射裝置將開關操作裝置上產(chǎn)生的操作轉換成開關信號發(fā)送給開關信號接收裝置；
[0015]所述開關動作裝置根據(jù)所述開關信號接收裝置所接收的開關信號，控制視頻采集模塊中探測器的工作與否。
[0016]優(yōu)選地，所述開關操作裝置由三個開關組成，包括所有探測器總開關、前視左側水下攝像頭和前視右側水下攝像頭的共用開關，以及前視聲吶的單獨開關。
[0017]優(yōu)選地，所述視頻傳輸模塊中每路視頻信號對應一路傳輸通道，每路傳輸通道由一個視頻發(fā)射裝置和一個視頻接收裝置組成;則5個視頻發(fā)射裝置均勻布置在車頂四周。
[0018]優(yōu)選地，視頻傳輸模塊中的視頻接收裝置、視頻顯示模塊中的視頻格式轉換器和控制開關模塊中的開關信號發(fā)生發(fā)射裝置均布置在視頻顯示模塊中的顯示器組的后方，整齊排列，所述控制開關模塊中的開關信號接收裝置布置在車頂中部。
[0019]優(yōu)選地，所述視頻傳輸模塊中設置供電裝置，從車內(nèi)發(fā)電機取電，經(jīng)過整流變壓處理后為視頻傳輸模塊中的視頻發(fā)射裝置供電。
[0020]本發(fā)明技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有如下特點:
[0021](I)針對無人水陸兩棲車的作業(yè)環(huán)境，從多個有效的角度對水下環(huán)境進行探測，為駕駛人提供豐富真實的視野，減少盲區(qū)，防止兩棲車在水上行駛時觸碰到水下的礁石或其他障礙物，提升駕駛人駕駛時的安全感，提升其水上行駛的安全性。
[0022](2)針對無人水陸兩棲車的特點，系統(tǒng)中綜合了水下攝像頭、聲納成像等不同的探測方式，使系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮出探測效果。
[0023](3)為駕駛人提供可自主調(diào)節(jié)的探測方式控制開關，增強了駕駛人的駕駛參與性，充分發(fā)揮其操作能力。
[0024](4)系統(tǒng)的布置經(jīng)過優(yōu)化，除水下攝像頭和聲納設備外，其余裝置均安裝于車輛頂部，能有效改善其使用環(huán)境。
[0025](5)本系統(tǒng)設計方案，可以采用成熟的產(chǎn)品進行系統(tǒng)集成實現(xiàn)，體積小、在車輛上布置方便、可靠性高、壽命長、成本低、容易維護。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)模塊連接原理圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例的探測器布置圖；(a)為立體視圖；(b)為側視圖；
[0028]圖3為前視聲納探測區(qū)域示意圖；(a)為車底視圖；(b)為側視圖；
[0029]圖4為水下攝像頭和側掃聲納探測區(qū)域示意圖；(a)為車底視圖；(b)為側視圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例的視頻顯示器組布置圖；
[0031 ]圖6為本發(fā)明實施例的水下環(huán)境探測控制流程圖；
[0032]其中:
[0033]1-前視右側水下攝像頭、2-水下攝像頭支架、3-前視左側水下攝像頭、4-前視聲納、5-右側掃聲吶、6-左側掃聲納。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0035]無人水陸兩棲車在水上行駛時，障礙物主要來自于車輛的前方和下方，因此探測系統(tǒng)的探測角度應該包括車輛前方視野和車輛下方視野，這兩部分視野能基本保證預計的探測效果;車輛前方視野作為駕駛人的主要視野，需要具有良好的成像質量和成像的可靠性，考慮到激光探測技術在水下應用過于復雜，因此選擇水下攝像頭和前視聲納的組合型式，水下攝像頭在水質清澈時成像清晰，前視聲納能在水質渾濁時保證前方視野的可靠性；此外，車輛下方視野需要具有較遠的探測距離，這一點在車輛進行深水行駛時比較重要，因此選擇側掃聲吶的型式。
[0036]根據(jù)上述對無人水陸兩棲車水下探測系統(tǒng)應用目的的分析，如圖1所示，本發(fā)明的無人水陸兩棲車水下環(huán)境探測系統(tǒng)由視頻采集模塊、視頻傳輸模塊、視頻顯示模塊、遠程操控模塊和控制開關模塊組成。
[0037]視頻采集模塊有探測器組成，布置在車體上，用于兩棲車行駛時水下環(huán)境的采集，為駕駛人提供各個方向的探測角度。視頻采集模塊中各角度探測器的布置設計方案如圖2所示。前視左側水下攝像頭3和前視右側攝像頭I安裝在水下攝像頭支架2上，水下攝像頭支架2安裝在車底前部中間位置。此兩個水下攝像頭的拍攝角度均為60°。如圖4所示，對水下攝像頭支架2的安裝面角度進行設計，使得滿足如下兩個條件:條件1、保證兩個水下攝像頭的主光軸均向車底下方偏轉，并與車底平面夾角為30°，使得探測區(qū)域的上邊緣與車底平行;條件2、保證前視左側水下攝像頭3和前視右側攝像頭I主光軸夾角為60°，該60°主光軸夾角的角平分線平行于車輛前進方向，從而實現(xiàn)對水下攝像頭探測區(qū)域的充分利用。
[0038]前視聲納4安裝在車底前部中間位置，臨近水下攝像頭位于其后部。如圖3所示，此前視聲納的探測角度為60