基于MOOS的AUV通信系統的軟件系統設計

于文浩+趙英

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

【關鍵詞】 AUV通信系統 串口編程 MOOS-ivp

一、AUV通信系統簡介

AUV的通信系統需要具備如下功能：1.實時接收來自岸基平臺發送的控制指令；2.接收來自各傳感器的實時數據，返回給岸基端進行實時處理。因此，自主式水下航行器通信系統的研發重點是與各傳感器模塊的配合協調、建立穩定的通信鏈路、具備應急處理能力。在實際工作中，AUV需要與母船控制單元、岸基平臺進行通信，AUV在貼近水面工作時，通過大功率的無線電波或者銥星衛星通信系統進行數據的傳輸、信息的共享、控制指令的下達等工作。

二、AUV通信系統的軟件系統

軟件系統基于Paul Michael Newman 提出的MOOS-ivp體系[2]，使用Linux系統的FLTK類庫開發操作平臺的界面，核心在于利用pMOOSBridge進程搭建AUV與岸基端的通信信道[3]。pMOODBridge是建立MOOS派生系統的重要工具，可以將AUV端與岸基端配置的MOOSDB（數據信息服務器）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體系的數據變量，然后根據AUV實際工作中的狀態修改配置文件，最后完成已定義數據的轉發，實質上就是功能模塊pMOOSbridge分別與不同的MOOSDB服務器之間的通信。

在設計中，在pMOOSBridge添加支持RS232串口的類CMOOSSerialLink（），支持數據的發送、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：

（1）獲取當前AUV狀態信息、位置信息，從AUV端MOOSDB采集GPS數據通過串口發送到岸基端，岸基端MOOSDB讀取數據信息，分類發送給各個進程模塊，并顯示到岸基界面上；

（2）岸基界面發送控制指令通過MOOSDB傳輸到串口后發送到AUV端，AUV端MOOSDB讀取指令信息，實現對AUV的導航與控制功能。

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

三、軟件系統的實現

MOOS體系的核心模塊是MOOSDB，GPS定位模塊被CMOOSCommClient實例化后與MOOSDB進行通信，實現串口通信，需要建立繼承于CMOOSApp的子類，對函數OnStartUp（）、Iterate（）、OnNewMail（）進行重載，實現傳感器與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的格式數據應用于AUV的導航與定位中。

通信系統的操作界面部分代碼如圖3、4所示。

通過無線數傳電臺的通信信道，AUV可實時返回當前位置信息，實現了通信與定位的功能，有效的保障了AUV的正常工作，系統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傳電臺相似。

四、結語

本文介紹了新型AUV通信系統的軟件開發與應用，重點介紹了基于MOOS的AUV通信系統的軟件設計，以pMOOSBridge為核心，介紹此進程實現通信功能的原理與應用，最后以GPS定位模塊、無線數傳電臺的采集程序開發為例，介紹通信系統的數據采集方法，并開發軟件模擬AUV的通信。

參 考 文 獻

[1]徐玉如，李彭超.水下機器人發展趨勢[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.