一种水下可穿戴指令通信系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水下可穿戴指令通信系统与方法，涉及水声通信技术。通信系统设有指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块、传感器处理模块及电源与接口模块。通信方法包括指令通信步骤和指令显示步骤。本发明专利技术利用跳频多进制频移键控技术，可以实现手语指令的水下传输，结合可穿戴与显示和报警功能，保证潜水员水下通信的可靠性和实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下通信技术，尤其是涉及一种水下可穿戴指令通信系统与方法。
技术介绍
二十一世纪是海洋的世纪，针对海洋的资源开发活动日益频繁。由于水下环境变化莫测，并时常伴随着极大的危险，因此有必要为潜水人员配备通信系统，以实时报告其位置、水下状况等以便协同作业，并在预知危险或险情突发时可及时呼救以撤离。受限于水下环境的特殊性，如水压、水流及噪声等影响，现有的水下通信系统存在着诸多弊端，如通信不稳定导致信号丢失、操作繁琐而无法及时作出正确指令(尤其在险情突发时)、使用语音通信(无法听清)等，从而给潜水人员带来了严重的安全隐患，无法适应日益增长的水下活动(如旅游、安防、反恐、特种作业等)的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种水下可穿戴指令通信系统与方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种水下可穿戴指令通信系统，包括指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及电源模块，所述指令处理模块用于实现水下手语指令的预存储和编译；所述显示与控制模块与所述指令处理模块相连，用于显示接收到的水下手语指令或选取水下手语指令发送；所述信号处理模块分别与所述指令处理模块、所述信号发射模块及所述信号接收模块相连，用于处理所述信号接收模块接收到的信息并输出给所述指令处理模块，或处理所述指令处理模块所输出的信息并输出给所述信号发射模块发射；所述信号发射模块用于将所述信号处理模块输出的电信号转换为声信号并发射，所述信号接收模块用于将接收的声信号转换为电信号并输出给所述信号处理模块，所述电源模块用于给整个系统供电。优选地，所述信号发射模块与信号接收模块采用半双工的工作方式，即信号发射模块和信号接收模块共用体积小的高频收发共置换能器。优选地，所述信号处理模块包括MFSK调制器、MFSK解调器、跳频序列生成器、频率合成器、混频器、数据采集器与同步检测器，在发射状态时，所述MFSK调制器对所述指令处理模块提供的指令信号进行MFSK调制后发送至所述混频器，所述跳频序列生成器产生跳频图案并发送至频率合成器，所述频率合成器根据跳频图案生成跳频载波并发送至混频器，所述混频器将MFSK调制信号与跳频载波信号混频后发送至信号发射模块；在接收状态时，所述数据采集器对信号接收模块输出的信号进行模数转换并发送至混频器，所述同步检测器对转换模数后的信号进行同步检测以获得同步信号，并将之发送至跳频序列生成器，所述跳频序列生成器产生跳频图案并发送至频率合成器，所述频率合成器根据跳频图案生成跳频载波并发送至混频器，所述混频器将数据采集器输出的信号与频率合成器生成的跳频载波混频后发送至MFSK调制器，MFSK调制器对混频器输出的信号进行MFSK解调后发送至指令处理模块。优选地，还包括传感器模块，所述传感器模块与所述显示与控制模块相连，用于采集水下参数并输出给所述显示与控制模块。优选地，所述显示与控制模块包括显示屏与控制键组，所述控制键组包括上翻、下翻、切换/确认及SOS按键，当所述传感器模块采集到的水下参数超出预先设定的安全阙值时，自动触发SOS按键，发出求救信号，直至所述传感器采集到的水下参数低于安全阙值时解除警报。优选地，还包括振动模块，所述振动模块与所述信号接收模块相连及所述传感器模块相连，当所述信号接收模块接收到信号时，所述振动模块发出低频振动提醒收到信息，当所述传感器模块采集到的水下参数超出预先设定的安全阙值时，所述振动模块发出高频次振动以报警，直至所采集到的水下参数低于安全阙值时停止。优选地，所述指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、传感器处理模块及振动模块集成为主体设备，所述信号发射模块、信号接收模块与电源与接口模块集成为外部设备，所述主体设备与所述外部设备通过水密接口及线缆连接。一种水下可穿戴指令通信系统的通信方法，包括以下步骤：1)将预设的水下手语指令以报文形式进行存储，初始化后调用处理进行显示；2)通信系统1的用户通过按键组切换显示屏所显示的内容，并选取发送所需的水下手语指令；3)所选取的水下手语指令经指令处理模块处理生成指令信号并传递给信号处理模块，经信号处理模块调制混频后发送至信号发射模块，信号发射模块将相关信号转化为声信号，并以依次发送3个单频信号的方式向通信系统2发送唤醒信号；4)通信系统2的信号接收模块检测到唤醒信号中的至少两个单频信号即认为成功接收唤醒信号，数据采集器对唤醒信号进行模数转换后，同步检测器对转换后的信号进行同步检测以纠正信号的同步误差，获得同步信号以控制跳频序列生成器和频率合成器生成跳频载波信号，将数据采集器输出的信号与跳频载波信号混频后发送至MFSK解调器解调，解调后的指令发送至指令处理模块处理后经显示屏显示水下手语指令。优选地，所述同步信号通过以下方法获得：在所述唤醒信号之后紧跟着Chirp信号作为系统帧同步信号，对所述唤醒信号的同步误差进行纠正，其中以去斜率法获得Chirp信号的压缩窄脉冲，从而达到同步信号提取的目的，实现Chirp信号的检测。优选地，所述预设的水下手语指令包括主询指令和应答指令，所述主询指令包括正常吗、前进、后退、上浮、下潜、跟随、靠近、保持及紧急、应答指令包括YES、NO、安全及呼救。采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：1、本专利技术通过预储存手下手语指令进行选取和发送，充分考虑了水下输入指令的困难性，以及利用4个水密式按键的组合叠加功能，可以完全实现对显示指令与模式进行切换，具备很强的水下操作简易性；2、本专利技术通过显示功能进行水下手语指令通信，充分考虑了水下高噪声对水下语音通信系统的采集和回放语音的影响；3、本专利技术主要根据设备的体积大小，将体积较小的主体设备与体积较大的外部设备进行分离，可以实现主体设备穿戴简易，并采用高频收发共置换能器，对外部设备做到小型化，这种主体设备与外部设备分离的结构有利于实现水下可穿戴设备的便携化；4、增加水下传感器模块，可以实时提供温度和深度等信息，并且设定报警门限值，一旦超过设定门限，将自动触发设备振动以及紧急按键发送紧急手语指令功能；5、采用3个单频信号作为唤醒信号，如果其中某个信号因为频率选择性衰减而无法检测，只需检测到其余两个信号便可唤醒设备，提升了信号传输的可靠性；6、利用去斜率法得到Chirp信号的压缩窄脉冲，从而提取同步信号，不仅有效降低了所需的采样率，并且很大程度上降低了复杂度，从而使信号的处理快捷、可靠。附图说明图1为水下可穿戴指令通信系统示意图；图2为本专利技术所述水下可穿戴指令通信系统框图；图3为本专利技术所述水下可穿戴指令通信方法操作流程图；图4为本专利技术所述信号传输帧格式图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例如图1所示，一种水下可穿戴指令通信系统，包括指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及电源模块，所述指令处理模块用于实现水下手语指令的预存储和编译；所述显示与控制模块与所述指令处理模块相连，用于显示接收到的水下手语指令或选取水下手语指令发送；所述信号处理模块分别与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：包括指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及电源模块，所述指令处理模块用于实现水下手语指令的预存储和编译；所述显示与控制模块与所述指令处理模块相连，用于显示接收到的水下手语指令或选取水下手语指令发送；所述信号处理模块分别与所述指令处理模块、所述信号发射模块及所述信号接收模块相连，用于处理所述信号接收模块接收到的信息并输出给所述指令处理模块，或处理所述指令处理模块所输出的信息并输出给所述信号发射模块发射；所述信号发射模块用于将所述信号处理模块输出的电信号转换为声信号并发射，所述信号接收模块用于将接收的声信号转换为电信号并输出给所述信号处理模块，所述电源模块用于给整个系统供电。

【技术特征摘要】
1.一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：包括指令处理模块、显示与控制模块、信号处理模块、信号发射模块、信号接收模块及电源模块，所述指令处理模块用于实现水下手语指令的预存储和编译；所述显示与控制模块与所述指令处理模块相连，用于显示接收到的水下手语指令或选取水下手语指令发送；所述信号处理模块分别与所述指令处理模块、所述信号发射模块及所述信号接收模块相连，用于处理所述信号接收模块接收到的信息并输出给所述指令处理模块，或处理所述指令处理模块所输出的信息并输出给所述信号发射模块发射；所述信号发射模块用于将所述信号处理模块输出的电信号转换为声信号并发射，所述信号接收模块用于将接收的声信号转换为电信号并输出给所述信号处理模块，所述电源模块用于给整个系统供电。2.根据权利要求1所述的一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：所述信号发射模块与信号接收模块采用半双工的工作方式，即信号发射模块和信号接收模块共用体积小的高频收发共置换能器。3.根据权利要求1所述的一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：所述信号处理模块包括MFSK调制器、MFSK解调器、跳频序列生成器、频率合成器、混频器、数据采集器与同步检测器，在发射状态时，所述MFSK调制器对所述指令处理模块提供的指令信号进行MFSK调制后发送至所述混频器，所述跳频序列生成器产生跳频图案并发送至频率合成器，所述频率合成器根据跳频图案生成跳频载波并发送至混频器，所述混频器将MFSK调制信号与跳频载波信号混频后发送至信号发射模块；在接收状态时，所述数据采集器对信号接收模块输出的信号进行模数转换并发送至混频器，所述同步检测器对转换模数后的信号进行同步检测以获得同步信号，并将之发送至跳频序列生成器，所述跳频序列生成器产生跳频图案并发送至频率合成器，所述频率合成器根据跳频图案生成跳频载波并发送至混频器，所述混频器将数据采集器输出的信号与频率合成器生成的跳频载波混频后发送至MFSK调制器，MFSK调制器对混频器输出的信号进行MFSK解调后发送至指令处理模块。4.根据权利要求1所述的一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：还包括传感器模块，所述传感器模块与所述显示与控制模块相连，用于采集水下参数并输出给所述显示与控制模块。5.根据权利要求4所述的一种水下可穿戴指令通信系统，其特征在于：所述显示与控制模块包括显示屏与控制键组，所述控制键组包括上翻、下翻、切换/确认及SOS按键，当所述传感器模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柯宇，程恩，袁飞，苏为，赵毅峰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35