一种受电磁干扰无人船的应急救济方法和系统与流程

【技术领域】

本发明涉及无人船技术领域，特别是涉及一种受电磁干扰无人船的应急救济方法和系统。

背景技术：

当前，各机械装置都越来越智能化，例如：无人机、无人船、无人驾驶汽车等，并且对于未知水域或者泛海洋区域上的无人船的控制，绝大多数依赖于无线通信来完成。因此，在发生涉及领域侵犯或者军事进攻时，上述无人机和无人船很大概率上会受到爆破式攻击或者受到电磁干扰攻击，使其失去远程通讯能力。目前，从通讯链路建立成本和通讯效率综合考虑，被采用最多的是hf/vhf/uhf/shf/ehf通信高频(hf)到极高频(ehf)通讯方式。但是，该通讯方式也最容易被水上舰艇或者空中飞机利用电磁干扰设备进行干扰。

综上所述，开发一款适用于敏感海域，并能够在受到电磁干扰攻击情况下，仍然能够保持与岸基的通讯，成为当前研究的热门课题。然而，现有技术中并没有一种行之有效的解决方案，能够克服无人船在受到电磁干扰攻击时，仍然维持与岸基通讯的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中并没有一种行之有效的解决方案，能够克服无人船在受到电磁干扰攻击时，仍然维持与岸基通讯的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济方法，应急无人船在确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行，所述方法包括：

应急无人船释放拖曳天线，并通过所述拖曳天线建立与岸基的低频通信信道；

向目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域广播方式发射激光探测信号；

应急无人船在接收到目标无人船返回的激光响应信号后，通过所述拖曳天线与岸基建立的通讯链路，返回当前目标无人船的状态信息。

优选的，所述应急无人船具有水面航驶和水下潜行两种功能，在确认有目标无人船丢失通讯信号之前，若所述应急无人船处于水面航驶状态，则在确认有目标无人船丢失通讯信号后转换为水下潜行状态。

优选的，所述应急无人船确认目标无人船丢失通讯信号的方式，具体包括：

应急无人船接收岸基发送的应急消息，所述应急消息中携带一个或者多个目标无人船丢失通讯信号的指示，以及针对所述一个或者多个目标无人船最后记录的位置信息；或者，

应急无人船接收其通讯范围内的普通无人船的心跳信号，所述心跳信号中携带其位置信息；当丢失一艘普通无人船的心跳信号，且确定该普通无人船最后心跳信号所携带的位置信息表明其航行区域仍处于应急无人船的监测范围，则所述应急无人船确认该普通无人船丢失通讯信号。

优选的，若应急无人船确认存在多个目标无人船丢失通讯信号时，所述方法还包括：

应急无人船根据所述多个目标无人船与自身所处水域位置的距离关系，以及各目标无人船丢失通讯信号的时间，制定应急路线；

根据所制定的应急路线逐一与所述应急路线上的目标无人船建立激光信号通讯。

优选的，所述激光探测信号具体为：

矩形波束信号或者圆形波束信号，激光探测信号的工作频率在2012-1014hz；

其中，在所述激光探测信号为矩形波束信号时，其投射到水面的长度为10-50m，宽度为5-20m；

其中，在所述激光探测信号为圆形波束信号时，其投射到水面所形成的椭圆形区域长轴为10-60m，短轴为5-30m。

优选的，所述目标无人船的状态信息，包括：

目标无人船的操作系统运行状态、目标无人船的电量状态、目标无人船的通讯异常状态和目标无人船的实时采集信号中的一项或者多项。

第二方面，本发明实施例还提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济系统，所述系统包括岸基、应急无人船和一艘或者多艘普通无人船，具体的：

所述应急无人船，用于在确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行，其中，普通无人船在丢失通讯信号后成为目标无人船；

所述应急无人船，还用于释放拖曳天线，并通过所述拖曳天线建立与岸基的通信信道；向目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域广播方式发射激光探测信号；

所述目标无人船，用于在接收到所述激光探测信号后，向所述应急无人船返回激光响应信号；

所述应急无人船，还用于通过所述拖曳天线与岸基建立的通讯链路，返回当前目标无人船的状态信息。

优选的，所述岸基用于接收各普通无人船返回的位置更新消息，记录所述位置更新消息中携带的位置信息；

所述岸基还用于在超出预设时间未接收到一艘或者多艘普通无人船的位置更新消息后，向所述应急无人船发送应急消息，所述应急消息中携带一个或者多个目标无人船丢失通讯信号的指示，以及针对所述一个或者多个目标无人船最后记录的位置信息。

优选的，所述应急无人船还用于：

接收其通讯范围内的普通无人船的心跳信号，所述心跳信号中携带其位置信息；当丢失一艘普通无人船的心跳信号，且确定该普通无人船最后心跳信号所携带的位置信息表明其航行区域仍处于应急无人船的监测范围，则所述应急无人船确认该普通无人船丢失通讯信号。

优选的，所述应急无人船在接收到应急消息之前，其拖曳天线处于收回状态，并通过高频无线信号与所述岸基和各普通无人船建立通讯链路。

本发明提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济方法，针对于当前舰载或者空载电磁干扰设备所存在的局限性，即其对于低频段通讯信号的电磁干扰的薄弱，提供了一种具有低频段通讯能力的应急无人船，并基于对目标无人船丢失通讯信号位置的分析，迅速的利用激光探测信号形成应急救济，在确认目标无人船丢失信号位置后，利用了激光探测信号的指向性高和抗电磁干扰强的特性，以所述应急无人船作为节点，建立了一条由多种类通讯信号构成的，可抵御电磁干扰的通讯信道。实现了目标无人船在极端电磁干扰环境下，仍然能够收发指令。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种受电磁干扰无人船的应急救济系统架构图；

图2是本发明实施例提供的一种受电磁干扰无人船的应急救济方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种应急无人船的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种牵引装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种拖曳天线储纳装置结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种受电磁干扰多无人船的应急救济方法流程图；

图7是本发明实施例提供的一种激光信号探测区域范围示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种受电磁干扰无人船的应急救济系统架构图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济方法，应急无人船在确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行。其中，应急无人船和普通无人船(其中，目标无人船为丢失通讯信号后的普通无人船的称呼)之间的关系可以是如图1所示的在出勤执行任务时，每一艘应急无人船均拥有各自负责的范围区域，在所述范围区域内的普通无人船一旦发生通讯信号丢失都会被相应负责的应急无人船所确认。除了如图1所示的多艘普通无人船与应急无人船共同出勤执行任务的方式外，本发明实施例所述方法同样适用于普通无人船单独执行任务，而应急无人船处于待命状态的工作方式，此时，优选的应急无人船确认目标无人船丢失通讯信号的方式是由岸基通知的。如图2所示，所述方法包括：

在步骤201中，应急无人船释放拖曳天线，并通过所述拖曳天线建立与岸基的通信信道。

其中，通信信道包括甚低频通信和极低频通信，其中甚低频通信的频率在3-30khz之间，波长为10-100km的空间波，它的传输速可以达到70比特；极低频通信，其频率在3khz以下的无线信号，其在海水中的传播的衰减比甚低频频段还要小，能够使应急无人船在100m的安全深度上接收岸基信号。通常，决定本发明实施例所选择通信信道的关键点，在于应急无人船承载拖曳天线长度的能力。

在步骤202中，向目标无人船最近一次(在本发明其它实施例中也被描述为最后一次)上报的位置信息所在区域广播方式发射激光探测信号。

其中，所述激光探测信号具体为：矩形波束信号或者圆形波束信号，激光探测信号的工作频率在2012-1014hz。在所述激光探测信号为矩形波束信号时，其投射到水面的长度为10-50m，宽度为5-20m。其中，在所述激光探测信号为圆形波束信号时，其投射到水面所形成的椭圆形区域长轴为10-60m，短轴为5-30m。

在步骤203中，应急无人船在接收到目标无人船返回的激光响应信号后，通过所述拖曳天线与岸基建立的通讯链路，返回当前目标无人船的状态信息。

其中，目标无人船的状态信息包括：目标无人船的操作系统运行状态、目标无人船的电量状态、目标无人船的通讯异常状态和目标无人船的实时采集信号中的一项或者多项。其中，为了有效的利用甚低频通信和极低频通信有限的带宽，所述状态信息优选的是使用映射关系编码后的内容。对应上述各项状态信息在协议中约定了反馈的项数，并且，各项之间间隔一标志位(例如：一空格)，即岸基可以根据标志位的位置和标志位的数量判断当前解析的数据所代表的状态信息项；而各状态信息内容则可以做单字节映射编码，例如：电量状态可以分为a、b、c和d四状态标识，岸基在确认状态信息中对应电量状态的空格位，所携带的标识为a则标明电量还拥有80％以上、b则标明电量还拥有60％以上、c则标明电量还拥有40％以上、d标明电量还拥有10％以上。

本发明实施例提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济方法，针对于当前舰载或者空载电磁干扰设备所存在的局限性，即其对于低频段通讯信号的电磁干扰的薄弱，提供了一种具有低频段通讯能力的应急无人船，并基于对目标无人船丢失通讯信号位置的分析，迅速的利用激光探测信号形成应急救济策略，在确认目标无人船丢失信号位置后，利用了激光探测信号的指向性高和抗电磁干扰强的特性，利用所述应急无人船作为节点，建立了一条由多种类通讯信号构成的，可抵御电磁干扰的通讯信道。实现了目标无人船在极端电磁干扰环境下，仍然能够收发指令。

对于本发明实施例提出的应急无人船的不同工作方式，其中，普通无人船上报位置信息的方式以及应急船获取目标无人船最近一次上报的位置信息的方式具体可以实现为以下几种方式：

方式一：普通无人船周期性的向岸基发送心跳报文，所述心跳报文包括普通无人船的位置信息和/或普通无人船的状态信息，岸基在确认未接收到某一普通无人船的心跳报文的时间超过预设阈值(例如：2-3个心跳报文周期所对应的时间)时，岸基向应急无人船发送应急消息，所述应急消息中携带一个或者多个目标无人船丢失通讯信号的指示，以及针对所述一个或者多个目标无人船最后记录的位置信息。所述方式一适用于应急无人船处于待命任务状态的工作方式，以及应急无人船处于与普通无人船同时出勤的工作方式。

其中，普通无人船向岸基发送心跳报文可以是通过卫星通讯，或者是通过高频hf(3-30mhz)、甚高频vhf(30-300mhz)、特高频uhf(300-3000mhz)、超高频shf(3-30ghz)、ehf(30-300ghz)或者极高频ehf(300-30000ghz)的普通无人船与岸基之间的直接传输方式，还可以是以上述各通信频段为相应信道设置，并通过浮标路由的方式实现普通无人船与岸基之间的间接传输方式。

方式二：普通无人船周期性的向与之共同出勤的应急无人船发送心跳报文，其中，能接收到所述心跳报文的应急无人船为其负责范围区域覆盖了该普通无人船所在位置。当应急无人船确认未接收到某一普通无人船的心跳报文的时间超过预设阈值(例如：2-3个心跳报文周期所对应的时间)时，则分析该普通无人船最近一次上报的位置信息，且在分析结果为在其负责范围区域内突然消失，则确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行。另一种情况，若应急无人船分析该普通无人船最近一次上报的位置信息，且在分析结果为在其负责范围区域边缘时，向岸基或者相邻的应急无人船确认丢失心跳报文的普通无人船位置信息，若确认从丢失心跳报文后没有与该普通无人船相关的新的心跳报文时，则确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行；若确认该丢失心跳报文的普通无人船已经进入其它应急无人船的负责区域时，则更新自身管理的普通无人船心跳报文列表。

其中，普通无人船向应急无人船发送心跳报文优选的是通过高频hf(3-30mhz)、甚高频vhf(30-300mhz)、特高频uhf(300-3000mhz)、超高频shf(3-30ghz)、ehf(30-300ghz)或者极高频ehf(300-30000ghz)完成。其中，普通无人船采用广播的方式，或者采用直接传输方式与应急无人船建立通讯。

实施例2:

本发明实施例还提供了一种可抗电磁干扰攻击的应急无人船，如图3所示包括：船体1、控制系统5、动力系统4、定位装置2、通信装置3、拖曳天线6、电机7、天线收放轴8和牵引装置9。其中，船体1包裹整个应急无人船并提供防水保护，控制系统5设置在船体1内，控制系统5为应急无人船的指挥中枢；动力系统4、定位装置2、通信装置3、拖曳天线6、电机7和牵引装置9分别与控制系统5连接，在控制系统5的指令下，各个部分独立工作。

所述的拖曳天线6由机械结构和电磁结构组成，机械结构包括电缆浮力外套、电缆强化单元、减振装置、拖曳段和尾部漂浮体，电缆浮力外套包裹在机械结构的外部，所述的电缆强化单元、减振装置、拖曳段和尾部漂浮体依次连接，机械结构为拖曳天线6提供浮力和抗张力、硬度和阻尼等机械性能；所述的电磁结构包括电极对、天线线圈、铁芯和传输线，电磁结构用于实现与外部通信。所述的电机7与天线收放轴8连接，电机7为无人船收放天线提供动力。

如图4，所述的牵引装置9包括驱动器10、连接轴11和推进器12，驱动器10通过连接轴11与推进器12连接，控制系统5通过控制牵引装置9来调整拖曳天线6的位置。

应急无人船工作时，控制系统5开启动力系统4，在动力系统4的作用下无人船在水域中灵活行驶，同时，无人船通过通信装置3与岸基和/或各普通无人船保持实时通讯。当控制系统5确认有目标无人船丢失通讯信号后，随即下达启用极低频或者甚低频进行通讯的指令；并向目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域广播方式发射激光探测信号。则电机7和牵引装置9启动，天线收放轴8在电机7的作用下将拖曳天线6释放，驱动器10驱动推进器12工作，牵引装置9将拖曳天线6朝着远船体1端牵引移动，从而将较长的拖曳天线6在水下伸展开。待拖曳天线6完全伸展开以后，应急无人船启用拖曳天线6建立与岸基的极低频通信或者甚低频通信。通常应急无人船与岸基的极低频通信或者甚低频通信是在应急无人船进入目标无人船的潜在受干扰区之前完成。

当在为目标无人船所进行的应急通信工作完成，应急无人船无需继续进行极低频通讯或者甚低频通讯时，控制系统5下达收回拖曳天线6指令，在电机7的作用下，天线收放轴8将拖曳天线6进行收回缠绕，在推动器的推动下，牵引装置9朝着应急无人船方向运动，在天线收放轴8和牵引装置9的共同作用下，应急无人船将拖曳天线6完全收回至船体1中，从而也避免了伸展状态的拖曳天线6对正常行驶的应急无人船造成影响。

当应急无人船进行极低频或者甚低频通信时，频率越低波长越长则需要的拖曳天线6也越长，但是，无论那种方式对于应急无人船来说都需要做合适的存储，此种情况下可在电机7与天线收放轴8之间设置储存盒13，储存盒13通过旋转柄14安装在船体1内，储存盒13用于储存天线，当天线收放轴8工作时，旋转柄14配合天线收放轴8的旋转速率，在其轴线上进行一定幅度的摇摆，从而可将拖曳天线6整齐有序的收回缠绕到天线收放轴8上，便于天线尽可能多的储存。

在使用拖曳天线6通信时，通常情况下多为使用定向天线，定向天线需要调整到特定角度才能实现通信。为了应急无人船更简便、快速的进行信号传输，可在同一个电缆中同时安装电极对天线和磁场环天线，并对两种天线上的接收信号进行适当的相位合成，就可以构成全向接收天线。全向接收天线扩大了天线所能接收信号的角度范围，从而避免了应急无人船需要调整天线到特定接收角度的影响，节省了操作时间。

在本发明实施例中，为了提高应急无人船的机动性以及保证非应急状态下的通讯效率，所述应急无人船可以被设计成具有水面航驶和水下潜行两种功能，在确认有目标无人船丢失通讯信号之前，若所述应急无人船处于水面航驶状态，则在确认有目标无人船丢失通讯信号后转换为水下潜行状态。这样能够保证在执行应急任务时候，能够提高自身的隐蔽性和安全性。

实施例3：

结合本发明实施例1，其中存在一种情况即应急无人船在同一时间内确认丢失通讯信号(所述通讯信号包括心跳报文和正常的通讯消息)的目标无人船为多艘时，则如何有效的进行应急通讯调度成为本发明实施例进一步细化可去实现的方面。具体的，若应急无人船确认存在多个目标无人船丢失通讯信号时，如图6所示，所述方法还包括：

在步骤301中，应急无人船根据所述多个目标无人船与自身所处水域位置的距离关系，以及各目标无人船丢失通讯信号的时间，制定应急路线。

通过实施例1中介绍的可知，用于完成激光探测的激光信号的覆盖范围和传输距离是有限的，因此，若判断两目标无人船最后反馈的位置信息之间相隔距离超出单轮激光探测的范围(所述单轮激光探测的范围是指考虑激光信号发射器在允许的旋转范围利用激光信号的覆盖范围进行扫描所形成的区域，如图7所示，左侧图为单一激光信号的覆盖范围，而右侧图为激光信号发生器在允许的旋转范围内形成的扫描覆盖范围)，则应急无人船会采取按照上述两目标无人船与自身所处水域位置的距离关系，以及各目标无人船丢失通讯信号的时间，制定应急路线。

在步骤302中，根据所制定的应急路线逐一与所述应急路线上的目标无人船建立激光信号通讯。

在具体实现过程中，应急无人船在与应急路线上的目标无人船建立激光信号通讯之后，可以在允许的条件下(例如：岸基已经确认目标无人船丢失通讯原因后)与指定的目标无人船解除激光信号通讯，从而能够将有限的探测信号使用在其它目标无人船的寻找上。除此以外，也存在多艘目标无人船同时收到电磁干扰攻击的可能，此时，应急无人船则需要预判当前已经建立激光信号通讯的第一目标无人船与仍然等待建立激光信号通讯的第二目标无人船之间的距离是否超出激光信号能够同时满足两艘无人船的激光信号通讯的距离，若判断结果为超出，则应急无人船需要向岸基发送求助信号，所述求助信号中携带求助原因(即作为单一的应急无人船无法同时实现与第一目标无人船和第二目标无人船建立激光信号通讯)。此时，岸基通常会采取给第一目标无人船下达某一指令(例如：第一目标无人船执行自毁程序)后，命令应急无人船驶向第二目标无人船所在位置，并完成与所述第二目标无人船的激光信号通讯的建立；或者，岸基会调度另一艘应急无人船驶向第二目标无人船所在位置，以便与第二目标无人船建立复合通讯链路(即由极低频或者甚低频通讯链路作为第一级，以激光信号通讯作为第二级的复合通讯链路)。

实施例4：

本发明实施例还提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济系统，如图8所示，所述系统包括岸基21、应急无人船22和一艘或者多艘普通无人船23，其中，目标无人船是丢失通讯信号后的普通无人船的特殊称呼，具体的：

所述应急无人船22，用于在确认目标无人船丢失通讯信号后，向所述目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域航行，其中，普通无人船23在丢失通讯信号后成为目标无人船。

所述应急无人船22，还用于释放拖曳天线6，并通过所述拖曳天线6建立与岸基21的通信信道；向目标无人船最近一次上报的位置信息所在区域广播方式发射激光探测信号。

所述目标无人船，用于在接收到所述激光探测信号后，向所述应急无人船22返回激光响应信号。

所述应急无人船22，还用于通过所述拖曳天线6与岸基21建立的通讯链路，返回当前目标无人船的状态信息。

本发明实施例提供了一种受电磁干扰无人船的应急救济方法，针对于当前舰载或者空载电磁干扰设备所存在的局限性，即其对于低频段通讯信号的电磁干扰的薄弱，提供了一种具有低频段通讯能力的应急无人船，并基于对目标无人船丢失通讯信号位置的分析，迅速的利用激光探测信号形成应急救济策略，在确认目标无人船丢失信号位置后，利用了激光探测信号的指向性高和抗电磁干扰强的特性，利用所述应急无人船作为节点，建立了一条由多种类通讯信号构成的，可抵御电磁干扰的通讯信道。实现了目标无人船在极端电磁干扰环境下，仍然能够收发指令。

结合本发明存在一种优选的实现方案，其中，所述岸基21用于接收各普通无人船23返回的位置更新消息，记录所述位置更新消息中携带的位置信息；

所述岸基21还用于在超出预设时间未接收到一艘或者多艘普通无人船23的位置更新消息后，向所述应急无人船22发送应急消息，所述应急消息中携带一个或者多个目标无人船丢失通讯信号的指示，以及针对所述一个或者多个目标无人船最后记录的位置信息。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，所述应急无人船22还用于：

接收其通讯范围内的普通无人船23的心跳信号，所述心跳信号中携带其位置信息；当丢失一艘普通无人船23的心跳信号，且确定该普通无人船23最后心跳信号所携带的位置信息表明其航行区域仍处于应急无人船22的监测范围，则所述应急无人船22确认该普通无人船23丢失通讯信号。

在本发明实施例中，所述应急无人船22在接收到应急消息之前，其拖曳天线6处于收回状态，并通过高频无线信号与所述岸基21和各普通无人船23建立通讯链路。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例1基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序和相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。