[发明专利]一种非接触式电能与数据交互的时敏信标及控制方法

权利要求书

1.一种非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，所述时敏信标位于水下航行器的外部，且与水下航行器之间没有电气连接，其中：

所述水下航行器包括航行器电池、逆变器、第一电力载波模块、第一电磁耦合模块、模糊逻辑模块和第一数据交互模块，逆变器用以将航行器电池提供的直流电转换为高频交流电，第一电力载波模块用以将第一数据交互模块内的数据进行调制，以逆变器生成的高频交流电为载波将数据通过第一电磁耦合模块发送出去；模糊逻辑模块以信标电池电压和信标电池电压变化率为输入，输出当前信标电池需要的电流，并调节逆变器的输出波形；

所述时敏信标包括整流滤波电路、信标电池、释放机构、第二电力载波模块、第二电磁耦合模块、决策树和第二数据交互模块，第二电磁耦合模块用以接收第一电磁耦合模块发送的能量和数据；时敏信标接收的能量首先经过整流滤波电路，变成平滑的直流电用以给信标电池充电，时敏信标接收的数据则经过第二电力载波模块进行信号解调，以传输给第二数据交互模块得到姿态、深度和速度信息，将这些信息送入至决策树中判断当前水下航行器是否为异常状态，若为异常状态，则触发释放机构将时敏信标释放；

其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤A、基于决策树的时敏信标释放判断；

A1、在水下航行器航行过程中，基于第一电磁耦合模块将水下航行器的状态数据，通过第一电力载波模块传输至时敏信标，所述状态数据包括姿态、深度和速度信息；

A2、时敏信标在获取到状态数据后，基于决策树对水下航行器的状态数据进行处理，以确定正常状态和异常状态；

A3、当监测到异常状态时，通过第二电力载波模块获取当前水下航行器的位置信息，随后切断释放机构使时敏信标上浮，实现应急自救；

步骤B、基于模糊逻辑的电池充电控制；

B1、以信标电池电压和信标电池电压变化率作为输入，利用模糊逻辑结合实际电池放电曲线构建电压与电流的映射关系；

B2、同时在模糊逻辑的输出增加数据监测模块，即当逆变器执行了模糊逻辑的输出后，如果数据无法正常传输，通过数据监测模块修正模糊逻辑的输出值，直到第二电力载波模块能够实现数据传输。

2.根据权利要求1所述的非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，其特征在于：所述步骤A2中，决策树的判断原理具体如下：

(1)对深度进行检测，设定当水下航行器的深度在H1以内认为是在水面，H1取0.3-0.5m，在H1以内时敏信标无需释放，否则是在水下，进行下一步判断；

(2)当水下航行器位于水下时，设定水下航行器的深度变化率大于dH1时认为是正常工作，dH1取0.05-0.1m/s，时敏信标无需释放；当深度变化率小于dH1时，则进行下一步分析判断；

(3)设定当俯仰角变化率大于dP1时水下航行器正常工作，dP1取1-3度/秒，时敏信标不释放，当俯仰角变化率小于dP1时，进行下一步分析判断；

(4)当电机转速不为0，且水下航行器有速度时，水下航行器在正常工作，时敏信标不释放；当电机转速为0，且水下航行器的速度不为0时，时敏信标无需释放；当电机转速不为0，且水下航行器无速度，水下航行器在水下出现异常运动状态，需要释放时敏信标；当电机转速为0，且水下航行器的速度为0，需要释放时敏信标。

3.根据权利要求1所述的非接触式电能与数据交互的时敏信标的控制方法，其特征在于：所述步骤B1中，信标电池电压的输入隶属度函数范围为10V-13V，以1V为间隔将信标电池电压的输入隶属度函数分割成10V，11V，12V，13V，10-12V记为S状态，11-13V记为M状态，大于13V记为B状态；信标电池电压变化率的输入隶属度函数范围为0-1.5V，将信标电池电压变化率分为了0.5V/s，1V/s，1.5V/s，0-1V/s记为S状态，0.5-1.5V/s记为M状态，大于1.5V/s记为B状态；模糊逻辑的输出以0.5A，1A，1.5A及1.5A以上进行划分，0-1A记为S状态，0.5-1.5A记为M状态，大于1.5A记为B状态；

模糊逻辑规则如下：

当信标电池电压处于S状态，信标电池电压变化率处于S状态，则此时模糊逻辑输出为B状态；

当信标电池电压处于M状态，信标电池电压变化率处于S状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；

当信标电池电压处于B状态，信标电池电压变化率处于S状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；

当信标电池电压处于S状态，信标电池电压变化率处于M状态，则此时模糊逻辑输出为B状态；

当信标电池电压处于M状态，信标电池电压变化率处于M状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；

当信标电池电压处于B状态，信标电池电压变化率处于M状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；

当信标电池电压处于S状态，信标电池电压变化率处于B状态，则此时模糊逻辑输出为M状态；

当信标电池电压处于M状态，信标电池电压变化率处于B状态，则此时模糊逻辑输出为S状态；

当信标电池电压处于B状态，信标电池电压变化率处于B状态，则此时模糊逻辑输出为S状态。