一种水声通信模块、方法及水下无线传感器网络节点装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水声通信模块、方法及水下无线传感器网络节点装置，水声通信模块包括：数字信号处理器，数字模拟转换器，模拟数字转换器，超声换能器和水听器；水听器用于获取水下超声信号并将水下超声信号转换为第一模拟信号；模拟数字转换器用于将第一模拟信号转换为第一数字信号，数字信号处理器用于对第一数字信号进行数字正交相干解调调制、媒介访问控制或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号；数字模拟转换器用于将第二数字信号转换为第二模拟信号；超声换能器用于将第二模拟信号转换为超声信号发射到水中。该水声通信模块、方法及水下无线传感器网络节点装置，无需复杂硬件电路即可实现跨层水声通信功能。

An underwater acoustic communication module, method and underwater wireless sensor network node device

【技术实现步骤摘要】
一种水声通信模块、方法及水下无线传感器网络节点装置
本专利技术涉及无线传感器网络
，特别是涉及一种水声通信模块、方法及水下无线传感器网络节点装置。
技术介绍
自上个世纪即20世纪以来，水下无线传感器网络的研究就在国内外开始兴起，而水声通信技术也被应用于其中并逐渐发展成熟。水下无线传感器网络技术是一门多学科相结合的技术，它涉及通信、电子和计算机等各门学科技术，无疑是这个IT技术时代最具影响力的技术之一。在水下无线传感器网络中，成千上万个水声无线传感器节点通常被随机部署在人类难以到达的水下三维区域，它们通过自组织的方式形成多跳水声无线网络，以实现无线测量、数据采集和跟踪监控等任务，因此节点设计就是UWSN(跨层多跳水下无线传感器网络)的一种关键技术。譬如，申请号200710121077.4的专利技术专利申请“一种水下传感器网络测量方法及装置”，该专利技术公开了一种水声超声通信、相对距离测量、水下环境信息采集的方法以及由微控制器、FSK调制器、功率放大器、超声换能器、水听器、微弱信号放大器、FSK解调芯片、电源管理模块、A/D转换接口、扩展接口和PWM输出接口连接而成的装置。该专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水声通信模块，其特征在于，包括：数字信号处理器，与所述数字信号处理器分别连接的数字模拟转换器和模拟数字转换器，与所述数字模拟转换器连接的超声换能器，以及与所述模拟数字转换器连接的水听器；所述水听器用于获取水下超声信号并将所述水下超声信号转换为第一模拟信号；所述模拟数字转换器用于将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，所述数字信号处理器用于对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制、媒介访问控制或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号；所述数字模拟转换器用于将所述第二数字信号转换为第二模拟信号；所述超声换能器用于将所述第二模拟信号转换为超声信号发射到水中。

【技术特征摘要】
1.一种水声通信模块，其特征在于，包括：数字信号处理器，与所述数字信号处理器分别连接的数字模拟转换器和模拟数字转换器，与所述数字模拟转换器连接的超声换能器，以及与所述模拟数字转换器连接的水听器；所述水听器用于获取水下超声信号并将所述水下超声信号转换为第一模拟信号；所述模拟数字转换器用于将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，所述数字信号处理器用于对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制、媒介访问控制或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号；所述数字模拟转换器用于将所述第二数字信号转换为第二模拟信号；所述超声换能器用于将所述第二模拟信号转换为超声信号发射到水中。2.根据权利要求1所述的水声通信模块，其特征在于，还包括功率放大器和前置放大器，所述功率放大器分别与所述数字模拟转换器和所述超声换能器连接，所述前置放大器分别与所述模拟数字转换器和所述水听器连接。3.一种水声通信方法，其特征在于，包括：获取水下超声信号并将所述水下超声信号转换为第一模拟信号；将所述第一模拟信号转换为第一数字信号；对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制、媒介访问控制或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号；将所述第二数字信号转换为第二模拟信号；将所述第二模拟信号转换为超声信号发射到水中。4.根据权利要求3所述的水声通信方法，其特征在于，所述对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制、媒介访问控制或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号，具体包括：判断所述第一数字信号的类型，根据所述第一数字信号的类型确定对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制跨层水声通信处理、媒介访问控制跨层水声通信处理或路由跨层水声通信处理，得到第二数字信号。5.根据权利要求4所述的水声通信方法，其特征在于，所述对所述第一数字信号进行数字正交相干解调调制跨层水声通信处理，得到第二数字信号，具体包括：将所述第一数字信号的一路与乘法器Cos(wct)相乘，经过低通滤波器滤除乘法器Cos(wct)产生的高频分量，获得第一有用信号，所述第一有用信号依次经抽样判决器、m/2进制转换器和并/串变换器恢复出第一电平信号；将所述第一数字信号的另一路与乘法器Sin(wct)相乘，经过低通滤波器滤除乘法器Sin(wct)产生的高频分量，获得第二有用信号，所述第二有用信号依次经抽样判决器、m/2进制转换器和并/串变换器恢复出第二电平信号；所述并/串变换器根据所述第一电平信号和所述第二电平信号得到解调数据；串/并变换器将所述解调数据分成两个半速率的互相独立数据流，所述第一数据流送入第一2/m进制转换器中，所述第二数据流送入第二2/m进制转换器中；所述第一2/m进制转换器在预设的多进制转换中任选一种对所述第一数据流做进制转换，生成符号速率降低了2倍的第一二进制单系列脉冲；所述第二2/m进制转换器在预设的多进制转换中任选一种对所述第二数据流做进制转换，生成符号速率降低了2倍的第二二进制单系列脉冲；将所述第一二进制单系列脉冲和所述第二二进制单系列脉冲调制到一对正交载波上，分别得到同相载波I信号和异相载波Q信号；加法器对输入的所述同相载波I信号和所述异相载波Q信号进行线性叠加后，得到所述第二数字信号。6.根据权利要求4所述的水声通信方法，其特征在于，所述对所述第一数字信号进行媒介访问控制跨层水声通信处理，得到第二数字信号，具体包括：发送节点识别所述第一数字信号中的地址信息向目标节点发送数据；所述发送节点告知信道让周围可通信范围内的所有邻居节点退避；判断信道是否空闲，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则所述发送节点启动定时器并随机选择一段时间；判断所述定时器是否计时结束，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则在计时结束后新时隙开始时所述发送节点以最大功率向目标节点发送请求发送数据的控制帧；所述目标节点根据所述请求发送数据的控制帧计算最小功率，并在下个时隙开始时返回清除发送控制帧给所述发送节点，同时所述发送节点周围可通信范围内的所有邻居节点根据接收到的所述请求发送数据的控制帧，计算休眠时隙个数，并进入休眠；所述发送节点根据所述清除发送控制帧在下个时隙开始时，以最小功率发送所述数据给所述目标节点，同时所述目标节点周围可通信范围内的所有邻居节点根据接收到的所述清除发送控制帧计算休眠时隙个数，并进入休眠；判断所述数据是否传输成功，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则接收完所述数据的下个时隙开始时，所述目标节点发送确认帧给所述发送节点，同时所述发送节点周围可通信范围内的所有邻居节点根据接收到的所述确认帧计算休眠时隙个数，并进入休眠；若所述第三判断结果为否，则接收完所述数据的下个时隙开始时，所述目标节点发送不成功信息给所述发送节点，同时所述发送节点周围可通信范围内的所有邻居节点根据接收到的所述不成功信息计算休眠时隙个数，并进入休眠；所述发送节点根据所述不成功信息，重新向所述目标节点发送数据；若所述第二判断结果为否，则所述发送节点告知信道让周围可通信范围内的所有邻居节点退避；若所述第一判断结果为否，则所述发送节点告知信道让周围可通信范围内的所有邻居节点退避；所述目标节点根据接收到的所述数据得到所述第二数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁平元，李杰，周桃云，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43