一种中小型uuv智能应急自救系统
技术领域
1.本发明涉及无人自主水下航行器的技术领域，尤其涉及一种中小型uuv智能应急自救系统。


背景技术：

2.无人自主水下航行器(unmanned underwater vehicle，uuv)作为人类在海洋活动,特别是深海活动中的重要替代者和执行者,已被广泛应用于科学考察、深海作业、打捞救生等领域,其应用前景极其广泛。
3.无人自主水下航行器在水下航行作业时,面临着复杂环境的影响和考验,如浪流环境对内部仪器设备的震荡冲击、温跃层导致的掉深超限、海洋微生物附着等；同时uuv也面临着自身设备或技术状态的可靠性问题,如深度传感器失灵、控制系统故障、电池能量耗尽等,这些因素均给uuv的水下作业带来极大的安全风险,甚至导致uuv的丢失破坏。因此,为了保证uuv在出现上述故障或紧急情况时的安全性,开展相应的智能应急安全控制自救技术研究具有重要意义。本发明针对复杂海洋环境为中小型uuv研制出了一套高可靠性智能应急自救系统。
4.本发明所提出系统采用了电磁耦合的工作模式，应急安全装置的基本原理是通过直流线圈产生与永磁体强度相同的反向磁场，以消除电磁铁的磁力，并利用弹簧力将负载抛掉。通过分析线圈电磁力与线圈匝数等参数的对应关系，给出了电磁铁设计方法，在系统设计时通过在滑道中设置单向斜坡扰动结构，以及在控制机制中采用故障优先权联锁等，实现了系统的低功耗及高可靠性。海上试验验证表明，本发明所提出的应急自救系统对于提高中小型uuv在复杂海洋环境中的安全性具有实用价值。


技术实现要素：

5.本发明提供一种中小型uuv智能应急自救系统，所提出的应急自救系统包括故障识别与触发系统、应急安全装置和应急电源三部分，应急安全自救系统工作模式分为休眠待机状态、联锁状态和抛载自救3种技术状态，休眠待机状态即无故障信息状态，输出接口信号均为低电平,此时系统类似于休眠，维持检测电路的基本工作，由5v电压供电，以极低的电流维持工作，维持电流0.3～0.5ma；联锁状态是指当深度超深或浮力调节系统信号异常，而航行控制器不允许触发应急安全自救流程，此时处于唤醒模式，但被航行控制系统联锁，不执行应急安全自救流程，此时仍然只由5v电压供电；抛载自救状态指该系统触发了应急安全自救流程，进入紧急上浮自救状态。
6.为实现上述目的，本发明提供的一种中小型uuv智能应急自救系统，系统流程包括：
7.s1：故障识别与触发系统检测uuv中的故障信息以及异常信号；
8.s2：若检测到故障信息以及异常信号，故障识别与触发系统自行判断是否触发应急安全控制自救流程；
9.s3：若故障识别与触发系统触发应急安全控制自救流程，故障识别与触发系统发出抛载指令；
10.s4：应急安全装置接收抛载指令，削弱应急安全装置中电磁铁的电吸力，uuv的抛载翼与固定基座完全脱离，并利用应急自救通信设备向陆上基站发出自救通信信息，使得uuv上浮至水面等待回收。
11.作为本发明的进一步改进方法：
12.所述s1步骤中故障识别与触发系统中的深度智能识别部分接收深度传感器的输入信号，并判断接收到的深度信号是否超限，包括：
13.深度传感器接入故障识别与触发系统中的深度智能识别部分，并向深度智能识别部分输入深度信号，深度智能识别部分包括运算放大器ic2，比较器ic3
‑
1，深度识别部分通过故障优先识别电路接入故障识别与触发系统；
14.深度信号经运算放大器ic2阻抗变换和幅值调理后，送入比较器ic3
‑
1进行幅度比较，当深度信号正常时，比较器ic3
‑
1的3脚电平低于2脚电平，则输出端1脚为低电平，后级电路维持常态；当深度信号超过设定值，ic3
‑
1的3脚电平高于2脚电平，输出端1脚将输出高电平，该深度信号被送入优先识别电路ic5和延时比较电路ic4组成的故障优先识别电路。
15.所述s1步骤中故障识别与触发系统中的故障优先级智能识别部分检测uuv的故障信息，包括：
16.所述uuv中的故障信息包括控制器故障、深度传感器故障、核心设备故障、主电源失电故障、浮力调节系统故障以及uuv下潜深度超深故障；
17.航行控制器检测故障信息，故障信息包括严重故障信息、主电源失电故障、浮力调节系统故障以及uuv下潜深度超深故障。
18.所述s2步骤中需要触发应急安全控制自救流程的故障信息包括：
19.严重故障信息包含控制器故障、深度传感器故障、核心设备故障，严重故障信息影响uuv系统运行，若航行控制器检测到严重故障信息，则触发应急安全控制自救流程；
20.航行控制器与所述中小型uuv智能应急自救系统的紧急抛载信号在初始化状态为低电平，触发应急安全控制自救流程的状态为高电平，主电源失电后航行控制器失电时，该输出端口出现高阻，故障优先级智能识别部分表现为高电平，触发应急安全控制自救流程；
21.当浮力调节系统故障时，浮力调节系统向航行控制器申请抛载自救，如果航行控制器同意抛载自救或无响应，则在延时5s后触发应急安全控制自救流程；
22.当uuv下潜深度超过设置的抛载深度20％时，uuv系统将向航行控制器申请抛载，如果航行控制器同意抛载或无响应，则在延时5s后触发应急安全控制自救流程；
23.所述s2步骤中故障识别与触发系统中的故障优先级智能识别部分判断是否触发应急安全控制自救流程，包括：
24.故障优先级智能识别部分具有三种接口，包括航行控制器
‑
抛载联锁接口、航行控制器
‑
紧急抛载接口以及浮力调节装置异常接口，航行控制器
‑
抛载联锁接口接收主电源失电故障信息，航行控制器
‑
紧急抛载接口接收严重故障信息，浮力调节装置异常接口接收浮力调节系统故障信息；
25.航行控制器联锁信号输入到故障优先级智能识别部分，当航行控制器联锁信号为高电平或高阻时代表允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为低电平时
代表不允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为高电平时代表允许触发应急安全控制自救流程；
26.航行控制器故障信号通过航行控制器
‑
紧急抛载接口输入，浮力调节装置故障通过浮力调节装置异常接口输入；航行控制器
‑
紧急抛载接口和浮力调节装置异常接口有2种状态：晶体管逻辑门(transistor
‑
transistor logic gate,ttl)电平和集电极开路信号，ttl高电平和集电极开路的高电阻状态均表示需要触发应急安全控制自救的故障状态；
27.当航行控制器或浮力调节装置发生故障，航行控制器
‑
紧急抛载接口或浮力调节装置异常接口为高电平，经r34和c34以及r35和c35组成的阻容滤波后送入故障优先识别电路进行故障优先级识别和判断；当航行控制器或浮力调节装置发生断电，则航行控制器
‑
紧急抛载接口或浮力调节装置异常接口为高电阻，ic4和ic5组成的故障优先识别电路也判定其为故障状态。
28.所述s2步骤中故障优先级智能识别部分设置应急控制优先级，包括：
29.在本发明一个具体实施例中，故障识别与触发系统仅在出现严重故障问题时工作，为了防止如深度传感器深度信号输出有跳点等现象导致不必要的自救流程触发，故障识别与触发系统在故障优先级智能识别部分设置故障优先权联锁机制，即将应急控制分为2个优先级，即：一级故障和二级故障。一级故障一旦发生，系统将立即无条件执行应急安全控制自救流程。二级故障发生后，系统将先向航行控制器发送请求执行抛载信号，如果航行控制器工作正常，且判断为不需要紧急抛载，则需在5s内将抛载联锁信号由高电平置为低电平，系统不执行应急安全控制自救流程；若航行控制器在5s内无响应，系统将默认为准许抛载，则执行应急安全控制自救流程。
30.将航行控制器故障信息设置为一级故障信息，将深度超深信号和浮力调节装置故障信息设置为二级故障信息。
31.在本发明一个具体实施例中，当出现故障信息如深度连续超深时，ic5的第1、2、3脚为高电平，经优先识别电路识别后，从ic5的6脚和9脚同时输出高电平信号，6脚信号为抛载请求信号，送入航行控制器，如果航行控制器10s内无响应，则执行应急安全控制自救流程，ic5的9脚信号通过r31、r32、c31和c32送入ic4进行延时比较，ic5的9脚信号受航行控制器联锁信号联锁，当航行控制器联锁信号为高电平或高阻时，ic4的6脚输出高电平送入ic5的11脚进行逻辑判断并自锁，同时从ic5的12脚输出抛载信号，送入驱动模块进行应急供电，电磁铁消磁抛掉载荷，最终完成上浮自救。
32.所述s3步骤中若触发应急安全控制自救流程，故障识别与触发系统中的驱动模块为应急安全装置和自救通信设备提供独立应急电源，包括：
33.一旦触发应急安全自救流程，故障识别与触发系统中的驱动模块开始工作可为应急安全装置和自救通信设备提供独立应急电源，在未触发应急安全自救流程时，该部分不工作，处于无功耗值守状态；
34.应急电源包含12v和5v这2种规格电源，5v电源通过电池组稳压后提供，给故障识别与触发系统提供长期工作电流，12v电源通过电池组不稳压提供,在执行应急安全自救流程后开始工作，为电磁铁提供瞬时电能，并向全球定位系统及铱星通信提供长时间的应急电能；在未触发应急安全自救流程时，12v电源无电流输出。
35.所述s3步骤中故障识别与触发系统发出抛载指令，包括：
36.故障识别与触发系统采用测试回路自锁和应急电源供给回路自锁的双冗余自锁机制，确保应急安全自救流程不再受外部信号干扰，增加抛载自救措施的执行可靠性；故障识别与触发系统向应急安全装置发出抛载指令。
37.所述s3步骤中利用水下无线网络链路寻优策略，选择最快的网络链路将抛载指令发送到应急安全装置，包括：
38.将故障识别与触发系统作为源节点，将应急安全装置作为目的节点，计算水下无线网络中每条链路的价值，当链路两端的节点n1和n2相连，且链路的末尾节点n2不为目的节点，则链路的价值为r(n1,n2)＝0，当链路两端的节点n1和n2不相连，r(n1,n2)＝
‑
1，其余情况下的链路价值计算公式为：
[0039][0040]
其中：
[0041]
(n1,n2)表示以n1为初始节点，n2为末尾节点的通信链路；
[0042]
dist(n1,n2)表示通信链路的长度；
[0043]
ε表示通信链路长度的门限值；
[0044]
使用q矩阵记录水下无线网络中每条通信链路的评分，q矩阵初始化为一个n
×
n的零矩阵，n表示水下无线网络中的节点数目，从q矩阵中随机选取一个值作为初始节点n，q矩阵的更新策略为：
[0045][0046]
其中：
[0047]
q(n,a)表示由当前初始节点n通过通信链路转移到节点a的转移评分，将q(n,a)作为q矩阵中两个节点间的评分，所述转移评分即为以n为初始节点，a为末尾节点的通信链路评分；
[0048]
r(n,a)表示以n为初始节点，a为末尾节点的通信链路价值；
[0049]
α表示更新率，将其设置为0.8；
[0050]
β表示衰变系数，将其设置为0.7；
[0051]
q(n
′
,a
′
)表示由节点n的下一个节点n
′
通过通信链路转移到节点a
′
的转移评分；
[0052]
对q矩阵进行迭代更新，直到q矩阵中每条通信链路的评分不发生变化；
[0053]
抛载指令从源节点出发，选取以当前抛载指令所处的节点为通信链路初始节点，且在q矩阵中通信链路转移评分最大的通信链路作为抛载指令的发送链路，重复更新通信链路初始节点，直到抛载指令成功发送到目的节点。
[0054]
所述s4步骤中应急安全装置接收抛载指令，削弱应急安全装置中电磁铁的电吸力，包括：
[0055]
当uuv正常工作时，应急安全装置的电磁铁处于断电状态，此时电磁铁吸附力较大，能够克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住；而当故障识别和触发系统有应急信号触发后，上电触发线路使电磁铁上电，在线圈反向磁场的作用下，电磁铁吸力减弱，抛载翼在弹簧弹力及重力的作用下与固定基座分离，抛载翼沿固定基座上的导向槽向后移动，在滑道设置的单侧斜坡扰动结构的作用下，抛载翼与固定基座完全脱离；此时uuv形成正浮力上浮至水面，应急电源给应急自救通信设备供电，应急自救通信设备持续向远程岸基指挥系
统发送报警信息及自身坐标位置，等待打捞回收；
[0056]
所述应急安全装置其包含抛载翼、压缩弹簧、电磁铁和固定基座几部分，抛载翼安装在固定基座上，为铸铁材料制作而成，外表面喷涂防锈漆，压缩弹簧和电磁铁嵌入式安装在固定基座中，与抛载翼均为面接触；固定基座上方设置有导向槽和卡槽，当抛载翼向后弹出时，一方面可以发挥向后的导向作用，另一方面可以承受侧向力以及一定的侧向弯矩，当航行器在航行过程中受到侧向扰动或撞击时，依然可以保证可靠性，避免误抛载；同时在导向槽的一侧还设置有斜坡扰动结构，使抛载翼弹出时产生侧倾，一方面使抛载翼与固定基座脱开，另一方面使抛载翼产生1个侧向弯矩，确保其能够可靠抛掉，增强了装置的可靠性；电磁铁为断电吸盘式电磁铁，断电状态下具有磁性吸力，可以克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住，通电时电磁铁失去磁力，此时压缩弹簧将抛载翼弹开，抛载翼在自身重力作用下脱离uuv；
[0057]
所述应急自救通信设备由uuv的通信设备gps和铱星通信组成，该部分设备正常工作时由uuv主电源提供电力，在应急安全自救模式启动后强迫投入工作，采用主电源和应急电源同时供电模式，即使在主电源失效的情况下依然能获得应急电能，以建立和陆上基站的通信连接，确保任意一路电源中途失效均不影响自救通信信息的发送。
[0058]
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种中小型uuv智能应急自救系统，所述中小型uuv智能应急自救系统包括：
[0059]
故障识别与触发系统主要检测故障信息，并决定是否启动执行应急安全控制自救流程；
[0060]
应急安全装置用于执行抛载动作，在得到应急触发控制指令后将载荷抛弃；
[0061]
应急电源可以独立为系统提供电能；
[0062]
深度传感器、航行控制器信号作为输入信号，供故障识别和触发系统判断是否允许触发应急安全自救流程，这些设备电源由航行器主电源提供。
[0063]
相对于现有技术，本发明提出一种中小型uuv智能应急自救系统，该技术具有以下优势：
[0064]
首先，本方案提出了一种应急安全装置，该装置采用了电磁耦合的工作模式，其基本原理是通过直流线圈产生与永磁体强度相同的反向磁场，以消除电磁铁的磁力，并利用弹簧力将负载抛掉；当uuv正常工作时，应急安全装置的电磁铁处于断电状态，此时电磁铁吸附力较大，能够克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住；而当故障识别和触发系统有应急信号触发后，上电触发线路使电磁铁上电，在线圈反向磁场的作用下，电磁铁吸力减弱，抛载翼在弹簧弹力及重力的作用下与固定基座分离，抛载翼沿固定基座上的导向槽向后移动，在滑道设置的单侧斜坡扰动结构的作用下，抛载翼与固定基座完全脱离；此时uuv形成正浮力上浮至水面，应急自救通信设备持续向远程岸基指挥系统发送报警信息及自身坐标位置，等待打捞回收，从而实现uuv的智能应急自救，这种方式中的应急安全装置电路结构简单，可采用模块化封装，具有功耗低、可靠性高的特点，另外，电磁铁可直接与水环境接触，无须耐压封装，不受耐压深度的限制，可以做成流线型结构，从而确保了应急安全装置具有体积小，质量轻，阻力小等优点，特别适用于在中小型uuv上安装使用。
[0065]
同时，本方案所提出的应急自救系统将uuv的稳定翼等作为抛载载荷，应急上浮自救时将其抛掉，不用增加额外负载作为抛载模块，同时利用电磁铁的吸附力和弹簧弹力做
功，两者均可直接与水环境接触，无须耐压封装，适用于在中小型uuv上安装使用。
[0066]
最后，本方案利用故障识别与触发系统中的三种接口接收不同的故障信息，航行控制器
‑
抛载联锁接口接收主电源失电故障信息，其中航行控制器
‑
紧急抛载接口接收严重故障信息，浮力调节装置异常接口接收浮力调节系统故障信息；航行控制器联锁信号输入到故障优先级智能识别部分，当航行控制器联锁信号为高电平或高阻时代表允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为低电平时代表不允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为高电平时代表允许触发应急安全控制自救流程；航行控制器故障信号通过航行控制器
‑
紧急抛载接口输入，浮力调节装置故障通过浮力调节装置异常接口输入；航行控制器
‑
紧急抛载接口和浮力调节装置异常接口有2种状态：晶体管逻辑门(transistor
‑
transistor logic gate,ttl)电平和集电极开路信号，ttl高电平和集电极开路的高电阻状态均表示需要触发应急安全控制自救的故障状态，从而根据不同故障信息导致的电平、电阻状态，确定是否需要触发应急安全控制自救流程，实现uuv智能应急自救。
附图说明
[0067]
图1为本发明一实施例提供的一种中小型uuv智能应急自救系统的系统流程示意图；
[0068]
图2为本发明一实施例提供的中小型uuv智能应急自救系统的系统构成示意图；
[0069]
图3为本发明一实施例提供的中小型uuv智能应急自救系统在uuv上的安装示意图；
[0070]
图4为本发明一实施例提供的应急安全装置结构示意图；
[0071]
图5为本发明一实施例提供的应急安全保护流程图；
[0072]
图6为本发明一实施例提供的故障识别与触发系统中的信号调理和检测电路图；
[0073]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0074]
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。
[0075]
所述中小型uuv智能应急自救系统包括故障识别与触发系统、应急安全装置和应急电源三部分，应急安全自救系统工作模式分为休眠待机状态、联锁状态和抛载自救3种技术状态，休眠待机状态即无故障信息状态，输出接口信号均为低电平,此时系统类似于休眠，维持检测电路的基本工作，由5v电压供电，以极低的电流维持工作，维持电流0.3～0.5ma；联锁状态是指当深度超深或浮力调节系统信号异常，而航行控制器不允许触发应急安全自救流程，此时处于唤醒模式，但被航行控制系统联锁，不执行应急安全自救流程，此时仍然只由5v电压供电；抛载自救状态指该系统触发了应急安全自救流程，进入紧急上浮自救状态。参照图1所示，为本发明一实施例提供的中小型uuv智能应急自救系统的系统流程示意图。
[0076]
实施例1：
[0077]
s1：故障识别与触发系统检测uuv中的故障信息以及异常信号。
[0078]
所述s1步骤中故障识别与触发系统中的深度智能识别部分接收深度传感器的输
入信号，并判断接收到的深度信号是否超限，包括：
[0079]
深度传感器接入故障识别与触发系统中的深度智能识别部分，并向深度智能识别部分输入深度信号，深度智能识别部分包括运算放大器ic2，比较器ic3
‑
1，深度识别部分通过故障优先识别电路接入故障识别与触发系统；
[0080]
深度信号经运算放大器ic2阻抗变换和幅值调理后，送入比较器ic3
‑
1进行幅度比较，当深度信号正常时，比较器ic3
‑
1的3脚电平低于2脚电平，则输出端1脚为低电平，后级电路维持常态；当深度信号超过设定值，ic3
‑
1的3脚电平高于2脚电平，输出端1脚将输出高电平，该深度信号被送入优先识别电路ic5和延时比较电路ic4组成的故障优先识别电路。
[0081]
所述s1步骤中故障识别与触发系统中的故障优先级智能识别部分检测uuv的故障信息，包括：
[0082]
所述uuv中的故障信息包括控制器故障、深度传感器故障、核心设备故障、主电源失电故障、浮力调节系统故障以及uuv下潜深度超深故障；
[0083]
航行控制器检测故障信息，故障信息包括严重故障信息、主电源失电故障、浮力调节系统故障以及uuv下潜深度超深故障。
[0084]
s2：若检测到故障信息以及异常信号，故障识别与触发系统自行判断是否触发应急安全控制自救流程。
[0085]
所述s2步骤中需要触发应急安全控制自救流程的故障信息包括：
[0086]
严重故障信息包含控制器故障、深度传感器故障、核心设备故障，严重故障信息影响uuv系统运行，若航行控制器检测到严重故障信息，则触发应急安全控制自救流程；
[0087]
航行控制器与所述中小型uuv智能应急自救系统的紧急抛载信号在初始化状态为低电平，触发应急安全控制自救流程的状态为高电平，主电源失电后航行控制器失电时，该输出端口出现高阻，故障优先级智能识别部分表现为高电平，触发应急安全控制自救流程；
[0088]
当浮力调节系统故障时，浮力调节系统向航行控制器申请抛载自救，如果航行控制器同意抛载自救或无响应，则在延时5s后触发应急安全控制自救流程；
[0089]
当uuv下潜深度超过设置的抛载深度20％时，uuv系统将向航行控制器申请抛载，如果航行控制器同意抛载或无响应，则在延时5s后触发应急安全控制自救流程；
[0090]
所述s2步骤中故障识别与触发系统中的故障优先级智能识别部分判断是否触发应急安全控制自救流程：
[0091]
故障优先级智能识别部分具有三种接口，包括航行控制器
‑
抛载联锁接口、航行控制器
‑
紧急抛载接口以及浮力调节装置异常接口，航行控制器
‑
抛载联锁接口接收主电源失电故障信息，航行控制器
‑
紧急抛载接口接收严重故障信息，浮力调节装置异常接口接收浮力调节系统故障信息；
[0092]
航行控制器联锁信号输入到故障优先级智能识别部分，当航行控制器联锁信号为高电平或高阻时代表允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为低电平时代表不允许触发应急安全控制自救流程，当航行控制器联锁信号为高电平时代表允许触发应急安全控制自救流程；
[0093]
航行控制器故障信号通过航行控制器
‑
紧急抛载接口输入，浮力调节装置故障通过浮力调节装置异常接口输入；航行控制器
‑
紧急抛载接口和浮力调节装置异常接口有2种状态：晶体管逻辑门(transistor
‑
transistor logic gate,ttl)电平和集电极开路信号，
ttl高电平和集电极开路的高电阻状态均表示需要触发应急安全控制自救的故障状态；
[0094]
当航行控制器或浮力调节装置发生故障，航行控制器
‑
紧急抛载接口或浮力调节装置异常接口为高电平，经r34和c34以及r35和c35组成的阻容滤波后送入故障优先识别电路进行故障优先级识别和判断；当航行控制器或浮力调节装置发生断电，则航行控制器
‑
紧急抛载接口或浮力调节装置异常接口为高电阻，ic4和ic5组成的故障优先识别电路也判定其为故障状态。
[0095]
s3：若故障识别与触发系统触发应急安全控制自救流程，故障识别与触发系统发出抛载指令。
[0096]
所述s3步骤中若触发应急安全控制自救流程，故障识别与触发系统中的驱动模块为应急安全装置和自救通信设备提供独立应急电源，包括：
[0097]
一旦触发应急安全自救流程，故障识别与触发系统中的驱动模块开始工作可为应急安全装置和自救通信设备提供独立应急电源，在未触发应急安全自救流程时，该部分不工作，处于无功耗值守状态；
[0098]
应急电源包含12v和5v这2种规格电源，5v电源通过电池组稳压后提供，给故障识别与触发系统提供长期工作电流，12v电源通过电池组不稳压提供,在执行应急安全自救流程后开始工作，为电磁铁提供瞬时电能，并向全球定位系统及铱星通信提供长时间的应急电能；在未触发应急安全自救流程时，12v电源无电流输出。
[0099]
所述s3步骤中故障识别与触发系统发出抛载指令，包括：
[0100]
故障识别与触发系统采用测试回路自锁和应急电源供给回路自锁的双冗余自锁机制，确保应急安全自救流程不再受外部信号干扰，增加抛载自救措施的执行可靠性；故障识别与触发系统向应急安全装置发出抛载指令。
[0101]
s4：应急安全装置接收抛载指令，削弱应急安全装置中电磁铁的电吸力，uuv的抛载翼与固定基座完全脱离，并利用应急自救通信设备向陆上基站发出自救通信信息，使得uuv上浮至水面等待回收。
[0102]
所述s4步骤中应急安全装置接收抛载指令，削弱应急安全装置中电磁铁的电吸力，包括：
[0103]
当uuv正常工作时，应急安全装置的电磁铁处于断电状态，此时电磁铁吸附力较大，能够克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住；而当故障识别和触发系统有应急信号触发后，上电触发线路使电磁铁上电，在线圈反向磁场的作用下，电磁铁吸力减弱，抛载翼在弹簧弹力及重力的作用下与固定基座分离，抛载翼沿固定基座上的导向槽向后移动，在滑道设置的单侧斜坡扰动结构的作用下，抛载翼与固定基座完全脱离；此时uuv形成正浮力上浮至水面，应急电源给应急自救通信设备供电，应急自救通信设备持续向远程岸基指挥系统发送报警信息及自身坐标位置，等待打捞回收；
[0104]
所述应急安全装置其包含抛载翼、压缩弹簧、电磁铁和固定基座几部分，抛载翼安装在固定基座上，为铸铁材料制作而成，外表面喷涂防锈漆，压缩弹簧和电磁铁嵌入式安装在固定基座中，与抛载翼均为面接触；固定基座上方设置有导向槽和卡槽，当抛载翼向后弹出时，一方面可以发挥向后的导向作用，另一方面可以承受侧向力以及一定的侧向弯矩，当航行器在航行过程中受到侧向扰动或撞击时，依然可以保证可靠性，避免误抛载；同时在导向槽的一侧还设置有斜坡扰动结构，使抛载翼弹出时产生侧倾,一方面使抛载翼与固定基
座脱开，另一方面使抛载翼产生1个侧向弯矩，确保其能够可靠抛掉，增强了装置的可靠性；电磁铁为断电吸盘式电磁铁，断电状态下具有磁性吸力，可以克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住，通电时电磁铁失去磁力，此时压缩弹簧将抛载翼弹开，抛载翼在自身重力作用下脱离uuv；
[0105]
所述应急自救通信设备由uuv的通信设备gps和铱星通信组成，该部分设备正常工作时由uuv主电源提供电力，在应急安全自救模式启动后强迫投入工作，采用主电源和应急电源同时供电模式，即使在主电源失效的情况下依然能获得应急电能，以建立和陆上基站的通信连接，确保任意一路电源中途失效均不影响自救通信信息的发送。
[0106]
实施例2：
[0107]
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：
[0108]
s2：若检测到故障信息以及异常信号，故障识别与触发系统自行判断是否触发应急安全控制自救流程。
[0109]
所述s2步骤中故障优先级智能识别部分设置应急控制优先级，包括：
[0110]
在本发明一个具体实施例中，故障识别与触发系统仅在出现严重故障问题时工作，为了防止如深度传感器深度信号输出有跳点等现象导致不必要的自救流程触发，故障识别与触发系统在故障优先级智能识别部分设置故障优先权联锁机制，即将应急控制分为2个优先级，即：一级故障和二级故障。一级故障一旦发生，系统将立即无条件执行应急安全控制自救流程。二级故障发生后，系统将先向航行控制器发送请求执行抛载信号，如果航行控制器工作正常，且判断为不需要紧急抛载，则需在5s内将抛载联锁信号由高电平置为低电平，系统不执行应急安全控制自救流程；若航行控制器在5s内无响应，系统将默认为准许抛载，则执行应急安全控制自救流程。
[0111]
将航行控制器故障信息设置为一级故障信息，将深度超深信号和浮力调节装置故障信息设置为二级故障信息。
[0112]
在本发明一个具体实施例中，当出现故障信息如深度连续超深时，ic5的第1、2、3脚为高电平，经优先识别电路识别后，从ic5的6脚和9脚同时输出高电平信号，6脚信号为抛载请求信号，送入航行控制器，如果航行控制器10s内无响应，则执行应急安全控制自救流程，ic5的9脚信号通过r31、r32、c31和c32送入ic4进行延时比较，ic5的9脚信号受航行控制器联锁信号联锁，当航行控制器联锁信号为高电平或高阻时，ic4的6脚输出高电平送入ic5的11脚进行逻辑判断并自锁，同时从ic5的12脚输出抛载信号，送入驱动模块进行应急供电，电磁铁消磁抛掉载荷，最终完成上浮自救。
[0113]
s3：若故障识别与触发系统触发应急安全控制自救流程，故障识别与触发系统发出抛载指令。
[0114]
所述s3步骤中利用水下无线网络链路寻优策略，选择最快的网络链路将抛载指令发送到应急安全装置，包括：
[0115]
将故障识别与触发系统作为源节点，将应急安全装置作为目的节点，计算水下无线网络中每条链路的价值，当链路两端的节点n1和n2相连，且链路的末尾节点n2不为目的节点，则链路的价值为r(n1,n2)＝0，当链路两端的节点n1和n2不相连，r(n1,n2)＝
‑
1，其余情况下的链路价值计算公式为：
[0116][0117]
其中：
[0118]
(n1,n2)表示以n1为初始节点，n2为末尾节点的通信链路；
[0119]
dist(n1,n2)表示通信链路的长度；
[0120]
ε表示通信链路长度的门限值；
[0121]
使用q矩阵记录水下无线网络中每条通信链路的评分，q矩阵初始化为一个n
×
n的零矩阵，n表示水下无线网络中的节点数目，从q矩阵中随机选取一个值作为初始节点n，q矩阵的更新策略为：
[0122][0123]
其中：
[0124]
q(n,a)表示由当前初始节点n通过通信链路转移到节点a的转移评分，将q(n,a)作为q矩阵中两个节点间的评分，所述转移评分即为以n为初始节点，a为末尾节点的通信链路评分；
[0125]
r(n,a)表示以n为初始节点，a为末尾节点的通信链路价值；
[0126]
α表示更新率，将其设置为0.8；
[0127]
β表示衰变系数，将其设置为0.7；
[0128]
q(n
′
,a
′
)表示由节点n的下一个节点n
′
通过通信链路转移到节点a
′
的转移评分；
[0129]
对q矩阵进行迭代更新，直到q矩阵中每条通信链路的评分不发生变化；
[0130]
抛载指令从源节点出发，选取以当前抛载指令所处的节点为通信链路初始节点，且在q矩阵中通信链路转移评分最大的通信链路作为抛载指令的发送链路，重复更新通信链路初始节点，直到抛载指令成功发送到目的节点。
[0131]
参照图2所示，为本发明一实施例提供的中小型uuv智能应急自救系统的系统构成示意图。在本系统结构中，主要由故障识别与触发系统、应急安全装置和应急电源3部分组成，同时融合uuv深度传感器、航行控制器和通信系统配合使用。
[0132]
参照图3所示，为本发明一实施例提供的中小型uuv智能应急自救系统在uuv上的安装示意图。应急安全装置安装在水密耐压舱外部，故障识别与触发系统和应急电源内置在水密耐压舱中。其中：故障识别与触发系统主要检测故障信息，并决定是否启动执行应急安全控制自救流程；应急安全装置用于执行抛载动作，在得到应急触发控制指令后将载荷抛弃；应急电源可以独立为系统提供电能。深度传感器、航行控制器信号作为输入信号，供故障识别和触发系统判断是否允许触发应急安全自救流程，这些设备电源由航行器主电源提供。
[0133]
参考图4所示，为本发明一实施例提供的应急安全装置结构示意图。应急安全装置其包含抛载翼、压缩弹簧、电磁铁和固定基座几部分，抛载翼安装在固定基座上，为铸铁材料制作而成，外表面喷涂防锈漆，压缩弹簧和电磁铁嵌入式安装在固定基座中，与抛载翼均为面接触；固定基座上方设置有导向槽和卡槽，当抛载翼向后弹出时，一方面可以发挥向后的导向作用，另一方面可以承受侧向力以及一定的侧向弯矩，当航行器在航行过程中受到侧向扰动或撞击时，依然可以保证可靠性，避免误抛载；同时在导向槽的一侧还设置有斜坡扰动结构，使抛载翼弹出时产生侧倾,一方面使抛载翼与固定基座脱开，另一方面使抛载翼
产生1个侧向弯矩，确保其能够可靠抛掉，增强了装置的可靠性；电磁铁为断电吸盘式电磁铁，断电状态下具有磁性吸力，可以克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住，通电时电磁铁失去磁力，此时压缩弹簧将抛载翼弹开，抛载翼在自身重力作用下脱离uuv。
[0134]
参考图5所示，为本发明一实施例提供的应急安全保护流程图。当uuv正常工作时，应急安全装置的电磁铁处于断电状态，此时电磁铁吸附力较大，能够克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住；而当故障识别和触发系统有应急信号触发后，上电触发线路使电磁铁上电，在线圈反向磁场的作用下，电磁铁吸力减弱，抛载翼在弹簧弹力及重力的作用下与固定基座分离，抛载翼沿固定基座上的导向槽向后移动，在滑道设置的单侧斜坡扰动结构的作用下，抛载翼与固定基座完全脱离。此时uuv形成正浮力上浮至水面，应急电源给通信系统供电，通信系统持续向远程岸基指挥系统发送报警信息及自身坐标位置，等待打捞回收。同时在启动应急自救流程后，则采用测试回路自锁和应急电源供给回路(驱动模块)自锁的双冗余自锁机制，确保应急自救流程不再受外部信号干扰。
[0135]
参考图6所示，为本发明一实施例提供的故障识别与触发系统中的信号调理和检测电路图，深度传感器通过图6中的v0接入，经运算放大器ic2阻抗变换和幅值调理后，送入比较器ic3
‑
1进行幅度比较，当深度信号v0正常时，比较器ic3
‑
1的3脚电平低于2脚电平，则输出端1脚为低电平，后级电路维持常态；当深度信号v0超过设定值，ic3
‑
1的3脚电平高于2脚电平，输出端1脚将输出高电平，该信号送入优先识别电路ic5和延时比较电路ic4组成的故障优先识别电路；航行控制器联锁信号通过图6中t1接口输入，当信号t1为高电平或高阻时代表允许执行抛载自救流程，当信号t1为低电平时代表不允许执行抛载自救流程。航行控制器故障信号通过t2接口输入，浮力调节装置故障通过t3接口输入。t2和t3有2种状态：晶体管逻辑门电平和集电极开路信号，ttl高电平和集电极开路的高电阻状态均表示需要启动应急抛载保护的故障状态。当航行控制器或浮力调节装置发生故障，t2或t3端口为高电平，经r34和c34以及r35和c35组成的阻容滤波后送入故障优先识别电路进行故障优先级识别和判断；当航行控制器或浮力调节装置发生断电，则t2或t3端口为高电阻，ic4和ic5组成的故障优先识别电路也判定其为故障状态。
[0136]
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
[0137]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0138]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技
术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。