一种小型遥控水下机器人共缆传输装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种小型遥控水下机器人共缆传输装置及方法，属于视频数据电源传输技术领域，应用于小型遥控水下机器人。
【背景技术】
[0002]遥控水下机器人(以下简称R0V)，是一种广泛应用于水下观察作业的无人潜器，通过脐带电缆与工作母船相连，母船通过脐带电缆为ROV提供电能，下达指令控制ROV的运动；R0V通过脐带电缆向母船回传各传感器采集的数据、设备的工作状态数据以及水下图像、声纳信号，为ROV遥控操作员提供各种必要信息。因此，单向的视频信号、双向数据信号和单向的交流电源如何高效、可靠、稳定的传输，成为ROV可靠运行的重要前提和先决条件。
[0003]目前，ROV对于不同的信号采用专门的线路传输，即多芯电缆传输，成本高昂，而且由于信号之间的电磁干扰，传输的稳定性可靠性较差。
[0004]传统的视频监控领域的共缆传输技术，虽然做到了视频、控制数据及电源的共缆传输，但是控制数据都是单向传输，而且传输的电源都是低功率直流电，无法满足水下复杂环境作业的小型遥控水下机器人对信号传输的苛刻要求。
【发明内容】
[0005]针对现有小型遥控水下机器人脐带电缆传输信号存在的传输效率低、传输成本高、抗干扰性能差等问题，本发明提供一种将视频、数据和交流电源共缆传输的装置及方法。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种小型遥控水下机器人共缆传输装置，用于实现视频信号单向传输，数据信号双向半双工传输，交流电源单向传输；包括水上模块和水下模块，水上模块和水下模块通过用于传输射频/交流电源信号的传输共缆连接。
[0008]所述水上模块包括顺序连接的隔离式交流变压器、第一电源耦合/分离器和第一视频数据复用器；所述电源耦合/分离器与传输共缆连接；
[0009]所述水下模块包括顺序连接的电源滤波电路、电源调整电路、开关电源、第二电源耦合/分离器和第二视频数据复用器；所述电源耦合/分离器与传输共缆连接。
[0010]所述第一视频数据复用器包括顺序连接的视频幅度调整电路、视频解调电路、第一射频放大电路、第一信号隔离电路、射频耦合端口、第二信号隔离电路、第二射频放大电路、下行数据调制电路、RS485转换电路以及，RS485转换电路和第二信号隔离电路之间连接的上行数据解调电路；所述射频耦合端口与第一电源耦合/分离器连接，所述RS485转换电路用于与上位机通信。
[0011]所述第二视频数据复用器包括顺序连接的视频幅度调整电路、视频调制电路、第一射频放大电路、第一信号隔离电路、射频耦合端口、第二信号隔离电路、第二射频放大电路、上行数据调制电路、RS485转换电路以及，RS485转换电路和第二信号隔离电路之间连接的下行数据解调电路；所述射频耦合端口与第二电源耦合/分离器连接，所述RS485转换电路用于与水下控制器通信；
[0012]所述视频调制电路、下行数据解调电路、上行数据调制电路由电源滤波电路输出的DC5V供电；所述第一射频放大电路，第二射频放大电路由开关电源输出的DC12V供电；所述电源滤波电路和开关电源均具有直流输出端口。
[0013]一种小型遥控水下机器人共缆传输方法，包括以下步骤:
[0014]水上模块的第一视频数据复用器将上位机的控制数据进行调制并转换成射频信号，与隔离式交流变压器输出的交流电源信号经第一电源耦合/分离器耦合成射频电源混合信号，经传输共缆传输至水下模块；
[0015]水下模块的第二电源耦合/分离器将接收到的射频电源混合信号分离成射频信号和交流电源信号；开关电源将交流电源信号转换成直流电源信号，经电源滤波电路滤波后，共同给视频数据复用器以及水下设备供电；同时，第二视频控制复用器将射频信号进行解调还原成控制数据经485总线发送至水下控制器；
[0016]水下模块的第二视频控制复用器接收水下摄像头的视频信号和水下控制器的水下设备状态数据，并将视频信号和水下设备状态数据分别进行调制后耦合成射频信号输出至第二电源耦合/分离器，再经传输共缆传输至水上模块；
[0017]水上模块接收传输共缆传来的射频信号，经第一电源耦合/分离器传输至第一视频数据复用器，第一视频数据复用器将射频信号中的视频信号和水下设备状态数据分离，分别进行解调还原，将视频信号输出至上位机，水下设备状态数据反馈至上位机。
[0018]所述水上模块的视频数据复用器将上位机发出的485格式控制数据进行调制并转换成射频信号，包括以下步骤:
[0019]第一视频数据复用器内的RS485转换电路将上位机的485格式控制数据转换为TTL格式数据，经下行数据调制电路以FSK方式调制，形成中心频率为fl的射频信号，再依次经射频放大电路、信号隔离电路得到放大、隔离后的射频信号。
[0020]所述第二视频数据复用器将射频信号进行解调还原成控制数据包括以下步骤:
[0021]第二视频数据复用器的射频耦合端口将射频信号经第二信号隔离电路提取出中心频率为Π的射频信号，经下行数据解调电路解调形成TTL格式数据，再经RS485转换电路转换成485格式控制数据。
[0022]所述视频信号和水下设备状态数据分别进行调制后耦合成射频信号，包括以下步骤:
[0023]第二视频幅度调整电路将视频信号进行幅度调整后，经视频调制电路以ASK方式进行调制，再经第一射频放大电路、第一信号隔离电路进行放大隔离；
[0024]同时，RS485转换电路将485格式的水下设备状态数据转换为TTL格式数据，经上行数据调制电路以FSK方式调制成中心频率为f2的射频信号，经第二射频放大电路、第二信号隔离电路进行放大隔离；
[0025]将放大隔离后分别包含视频信息和水下设备状态信息的射频信号通过射频耦合端口耦合成射频信号。
[0026]所述视频数据复用器将射频信号中的视频信号和485格式的水下设备状态数据分离，分别进行解调还原，包括以下步骤:
[0027]射频信号通过第一信号隔离电路分离出视频调制信号，经第一射频放大电路、视频解调电路、视频幅度调整电路还原出视频信号；
[0028]同时，射频信号经第二信号隔离电路分离出中心频率为f2的射频信号，经上行数据解调电路解调出TTL格式数据，经RS485转换电路转换成485格式的水下设备状态数据。
[0029]所述中心频率fl与f2不等。
[0030]本发明的有益效果及优点:
[0031]1.本发明通过一根单芯同轴电缆实现了母船与小型ROV之间多信号的传输以及交流电的输送，节省线材、降低成本，提高了信号的抗干扰能力，使母船与小型ROV之间的信号传输更加高效、可靠、经济。
[0032]2.本发明包括由共缆相连的水上模块和水下模块，具有成本低廉、传输质量高、抗干扰性强、可以在一根线缆上同时传输电源和两种不同射频信号的特点，适用于小型遥控水下机器人。
【附图说明】
[0033]图1为小型遥控水下机器人共缆传输系统总体框图；
[0034]其中，I水上模块，2水下模块，3传输共缆，16AC220V电源端口，17隔离式交流变压器，18电源耦合/分离器，19电源耦合/分离器；41视频数据复用器，42视频数据复用器，43水下电源模块；
[0035]图2为小型遥控水下机器人共缆传输系统水上模块结构图；
[0036]其中，41视频数据复用器，15射频耦合端口，8信号隔离电路，7射频放大电路，6视频解调电路，5视频幅度调整电路，4视频输出端口，9RS485端口，10RS485转换电路，11下行数据调制电路，12上行数据解调电路，13射频放大电路，14信号隔离电路，18电源耦合/分离器，16220V交流电源，17隔离式交流变压器；
[0037]图3为小型遥控水下机器人共缆传输系统水下模块结构图；
[0038]其中，42视频数据复用器，25视频输入端口，24视频幅度调整电路，23视频调制电路，22射频放大电路，21信号隔离电路，20射频耦合端口，26信号隔离电路，27下行数据解调电路，30上行数据调制电路，31射频放大电路，28