一种水声通信装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术还提出了一种水声通信装置，包括模数转换器、时反‑均衡器组、自适应梯度迭代器和数据解码器，时反‑均衡器组包括前移时反器、前移均衡器、后移时反器、后移均衡器，前移时反器和后移时反器的输入端分别与模数转换器的输出端相连，前移时反器和后移时反器的输出端分别与前移均衡器和后移均衡器的输入端连接，前移均衡器和后移均衡器的输出端分别与自适应梯度迭代模块的输入端连接，自适应梯度迭代模块的输出端与前移时反器和后移时反器的输入端连接，数据解码器的输入端与前移均衡器和后移均衡器的输出端连接,以较低的运算复杂度改善时间反转的实时运算量，并且提高效率、减少成本。

【技术实现步骤摘要】
一种水声通信装置及系统
本技术涉及水声通信领域，具体涉及一种水声通信装置及系统。
技术介绍
随着海洋探测、资源开发、环境监测和国防安全等领域对海洋信息获取与传输的需求日益增加，可替代人类执行各类水下任务的水下机器人，又称为无人遥控潜水器(AUV,automatedunmanvehicle)已成为必不可少的海洋高技术装备。近年来微小型AUV由于具有尺寸小、成本低、投放回收方便、便于编队组网等突出优点，称为各国海洋研究机构、公司的研究热点。对于实现AUV遥测遥控必不可少的通信手段而言，采用有缆通信方式会带来电缆收发不便，易缠绕等问题，水声通信提供了一种方便的水下无缆通信方式因而被广泛应用于各类水下机器人中。考虑到水声信道多径强烈、稳定性差，特别是AUV作业中移动造成的多普勒，都对对高性能水声通信系统的设计带来很大困难。为了抑制多普勒的影响，一般通常采取首先进行多普勒估计，然后通过重采样进行抑制的方法。但是，与专用型水下机器人、有人潜水器等移动平台相比，各类微小型水下无人潜水器尺寸小、能量有限，而传统的水声通信抑制多普勒的多普勒估计、重采样补偿等算法均需要较高的运算复杂度，要求有较高运算能力、功耗要求及相应成本的水声通信机。因此，适合微小型AUV的低复杂度、低成本水声通信机仍然是一个技术短板。被动时间反转技术利用接收到的探针信号获取信道多径信息，并构造前置预处理器对接收信号进行多径聚焦，从而抑制多径、提高处理增益，是水声通信领域的研究热点。现有技术中采用被动时间反转处理结合后置信道均衡器，通过采用后置处理抑制时反后的残余多径，即可进一步提高通信性能，也降低了后置信道均衡器的运算复杂度，但是需要频繁估计信道以更新时反器系数才能保证多普勒抑制性能，特别是考虑到AUV在各类作业中会出现频繁的加速、减速、等变速运动而造成时变的多普勒效应，将需要更频繁的信道估计来保证性能，这将导致通信效率大大降低，严重限制了该方案在AUV等微小型潜水器水声通信机等场合的应用。
技术实现思路
针对上述提到的水声通信抑制多普勒的多普勒估计、重采样补偿等算法运算复杂度高、成本高、硬件资源等问题，本技术提出一种新型的水声通信装置。本技术的水声通信装置包括模数转换器、时反-均衡器组、自适应梯度迭代器和数据解码器，时反-均衡器组包括前移时反器、前移均衡器、后移时反器、后移均衡器，前移时反器和后移时反器的输入端分别与模数转换器的输出端相连，前移时反器和后移时反器的输出端分别与前移均衡器和后移均衡器的输入端连接，前移均衡器和后移均衡器的输出端分别与自适应梯度迭代模块的输入端连接，自适应梯度迭代模块的输出端与前移时反器和后移时反器的输入端连接，数据解码器的输入端与前移均衡器和后移均衡器的输出端连接。优选的，模数转换器包括DDS芯片及ADC芯片，通过DDS芯片输出信号控制ADC芯片对输入信号进行模数转换。DDS芯片具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，与ADC芯片配合使用使得效率更高、成本更低。优选的，DDS芯片输出信号的输出类型为方波，频率为75ksps。优选的，还包括与模数转换器输出端连接的同步模块，同步模块用以进行帧同步以捕获同步信号建立同步。建立同步后便于输入于时反器和均衡器中进行处理。优选的，还包括连接到模数转换器输入端的前置数据处理器以及与前置数据处理器连接的接收换能器，前置数据处理器包括相互连接的前置放大器和滤波器。接收换能器用于对接受的声音信号转换成电信号，前置数据处理器用于对信号进行放大、滤波。优选的，接收换能器为宽带接收水听器。优选的，前置数据处理器包括AD620低噪声前置放大芯片、TL084运算放大器芯片和MAX274开关电容滤波器芯片。本技术还提出一种水声通信系统，包括上述任一所述的水声通信装置和发射装置，发射装置包括功率放大器和发射换能器，数据解码器的传输接口连接功率放大器，功率放大器连接发射换能器。优选的，发射换能器为圆柱型压电陶瓷水声换能器。技术提供了一种水声通信装置及系统，采用级联时反器-均衡器并连接自适应梯度迭代模块对时移进行自适应迭代以适应不同的多普勒，在无需重采样的同时可进一步避免微小型AUV变速航行造成的变化多普勒条件下频繁估计信道的需要，可大大提高变化多普勒条件下时间反转水声通信机的通信效率；另外，传统接收机中时反、均衡是互相独立的两个处理过程，本技术提出结合时反器、均衡器处理获得梯度信息进行时反系数的时移调整，即采用前移、后移时反-均衡器组形成的误差梯度进行时反器系数的时移自适应迭代，从而以较低的运算复杂度实现对变化多普勒的适应，使运算复杂度降低，节约成本。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术的实施例的水声通信装置的示意图；图2为本技术的实施例的水声通信装置的时反-均衡器组的结构示意图；图3为本技术的实施例的水声通信方法的模数转换器与DSP芯片的接口电路图；图4为本技术的实施例的水声通信方法的前置数据处理器的电路图；图5为本技术的实施例的水声通信系统的发射装置的示意图；图6为本技术的实施例的水声通信系统的发射信号帧的结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。本技术还提出一种水声通信装置，设置在水声通信机的接收端，如图1所示，包括模数转换器1、时反-均衡器组2、自适应梯度迭代器3和数据解码器4，如图2所示，时反-均衡器组2包括前移时反器21、前移均衡器22、后移时反器23、后移均衡器24，前移时反器21和后移时反器23的输入端分别与模数转换器1的输出端相连，前移时反器21和后移时反器23的输出端分别与前移均衡器22和后移均衡器24的输入端连接，前移均衡器22和后移均衡器24的输出端分别与自适应梯度迭代模块3的输入端连接，自适应梯度迭代模块3的输出端与前移时反器21和后移时反器23的输入端连接，数据解码器4与前移均衡器22和后移均衡器24的输出端连接用以对前移均衡器22和后移均衡器24的输出进行数据解码。通过级联时反器和均衡器并组成平行结构，将传统时反器中固定的时反系数改为可根据平行结构的均衡误差构成梯度自适应时移迭代，从而具备对变化多普勒的适应能力，大大降低了需要进行信道估计进行时反系数更新的计算复杂度。在具体的实施例一中，模数转换器1包括DDS芯片及ADC芯片，通过DDS芯片输出信号控制ADC芯片对输入信号进行模数转换。DDS芯片具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，与ADC芯片配合使用使得效率更高、成本更低。在优选的实施例中，模数转换器1由AD9851DDS芯片及MAX153ADC芯片组成，信号处理采用DSP芯片，DSP芯片采用TM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水声通信装置，其特征在于，包括模数转换器、时反‑均衡器组、自适应梯度迭代器和数据解码器，所述时反‑均衡器组包括前移时反器、前移均衡器、后移时反器、后移均衡器，所述前移时反器和所述后移时反器的输入端分别与所述模数转换器的输出端相连，所述前移时反器和所述后移时反器的输出端分别与所述前移均衡器和所述后移均衡器的输入端连接，所述前移均衡器和所述后移均衡器的输出端分别与所述自适应梯度迭代模块的输入端连接，所述自适应梯度迭代模块的输出端与所述前移时反器和所述后移时反器的输入端连接，所述数据解码器的输入端与所述前移均衡器和所述后移均衡器的输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种水声通信装置，其特征在于，包括模数转换器、时反-均衡器组、自适应梯度迭代器和数据解码器，所述时反-均衡器组包括前移时反器、前移均衡器、后移时反器、后移均衡器，所述前移时反器和所述后移时反器的输入端分别与所述模数转换器的输出端相连，所述前移时反器和所述后移时反器的输出端分别与所述前移均衡器和所述后移均衡器的输入端连接，所述前移均衡器和所述后移均衡器的输出端分别与所述自适应梯度迭代模块的输入端连接，所述自适应梯度迭代模块的输出端与所述前移时反器和所述后移时反器的输入端连接，所述数据解码器的输入端与所述前移均衡器和所述后移均衡器的输出端连接。2.根据权利要求1所述的水声通信装置，其特征在于，所述模数转换器包括DDS芯片及ADC芯片，所述DDS芯片用于控制所述ADC芯片对输入信号进行模数转换。3.根据权利要求2所述的水声通信装置，其特征在于，所述DDS芯片的输出信号的输出类型为方波，频率为75ksps。4.根据权利要求1所述的水声通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：童峰，郑思远，李斌，曹秀岭，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35