一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统技术方案

本发明专利技术属于水声通信领域，涉及一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统，包括：移动PC控制管理终端、水声通信基站、便携水声通信终端及云端数据处理中心，其中：移动PC控制管理终端用于对水声通信基站进行远程连接和操控，把接收数据及时上传至云端数据处理中心；水声通信基站用于与便携水下通信终端进行通信及定位，将便携水下通信终端数据实时传送给移动PC控制管理终端；便携水声通信终端用于与水声通信基站通信；云端数据处理中心用于及时、快速地对移动PC控制管理终端发来的数据进行运算、存储和应答。本发明专利技术能够实现潜水员之间及潜水员与船上指挥员之间的通信，能够定位潜水员水下位置，更好地保证潜水员水下作业过程的效率和安全。

A multi-user underwater communication positioning system based on underwater acoustic communication base station

【技术实现步骤摘要】
一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统
本专利技术属于水声通信领域，涉及一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统。
技术介绍
海洋工程已经成为当今科学技术研究的一大热点，水声通信是在开发海洋资源和发展海洋军事中的关键技术之一，研究和开发水声通信系统具有非常重要的科研意义和应用价值。海洋工程探索过程中经常有潜水工作者的身影，潜水作业过程中有许多潜在危险，目前仍缺少功能比较完善的潜水通信系统保障潜水员的通信与安全。在水底工作的潜水员们，他们作业时水下对讲机的不稳定性导致了其交流的不便，而通过手势对话也只有在其他潜水员注意到自己的情况下才能顺利进行，但在水底引起对方注意本来就是一件麻烦事，这就导致了在水下作业发生危险时，潜水员难以及时发出警报，让其他潜水员或者船上以及陆地的人员前来相助。由于无线电波在水中衰减十分严重，现有的一些水下通信工具都采用声波作为通信媒介，但现有的水声通信系统方案通常只实现了水下潜水员和水面人员，或者水下潜水员之间的点对点通信，功能比较单一，稳定性灵活性较差，难以满足复杂场景下潜水员实际作业时的需求。
技术实现思路
针对现在技术的不足，本专利技术提供一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统，该系统满足多场景，支持多用户，集通信和水下定位功能一体。本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统，包括：移动PC控制管理终端、水声通信基站、便携水声通信终端及云端数据处理中心，其中：移动PC控制管理终端用于对水声通信基站进行远程连接和操控，把接收到的数据及时上传至云端数据处理中心；水声通信基站用于与便携水下通信终端进行通信及定位，将便携水下通信终端数据实时传送给移动PC控制管理终端；便携水声通信终端用于接收来自水声通信基站的通信数据，以及发送数据给水声通信基站；云端数据处理中心用于及时、快速地对移动PC控制管理终端发来的数据进行运算、存储和应答。优选地，水声通信基站包括：收发换能器、环形水听器阵列、第一水声调制解调器、主控单元、第一操作面板和无线通信模块，其中：环形水听器阵列与收发换能器共同作用，组成水声通信基站的声头部分，用于估算便携水声通信终端的位置和方位角；第一水声调制解调器包括：第一接收处理单元、第一发送处理单元及第一信号处理单元；第一发送处理单元用于放大功率和发射信号；第一接收处理单元用于采集、接收信号和滤波处理；第一信号处理单元用于对待发送数据或者接收的数据进行不同算法的处理，完成编码、调制或者是解调、解码，以及定位信号的计算处理；主控单元运行上层程序，包括取得第一水声调制解调器的信号处理单元的计算结果，发送数据给移动PC控制管理终端，以及从移动PC控制管理终端获得待发送数据和指令；第一操作面板是水声通信基站的按键界面；无线通信模块用于与移动PC控制管理终端建立无线连接和与便携水声通信终端进行通信联络。优选地，便携水声通信终端包括：换能器、第二水声调制解调器和第二操作面板，其中：换能器用于发送和接收数据，或者发送定位应答的声波信号给水声通信基站；第二水声调制解调器包括第二接收处理单元、第二发送处理单元及第二信号处理单元；第二操作面板设置有液晶屏，用于显示收到的数据以及提供按键让潜水员输入数据和指令。优选地，云端数据处理中心包括两种并行的处理机制：主动发射机制和被动发射机制；主动发射机制和被动发射机制同时存在，主动发射机制的目的在于方便云端数据处理中心快速连接到移动PC控制管理终端和便携水声通信终端；而被动发射机制主要是处理来自移动PC控制管理终端的数据。优选地，被动发射机制，主要依据接收数据来进行判断；如果接收为首次接收，则在ID记录表中记录发包的移动PC控制管理终端的ID；如果不为首次接收，则监听接收数据；如果接收数据长度为零，则关闭连接，删除记录表中的该ID；如果接收数据长度不为零，则对接收数据进行处理。优选地，在接收数据长度不为零的情况下，对接收数据进行处理包括：根据接收数据来判断是否为一般情况、一般重要情况和紧急情况；若为一般情况，则采用被动发射机制方式一，即把接收到的数据和运算结果存储起来，并发送正常指令；若为一般重要情况，则采用被动发射方式二，即云端数据处理中心知会相关人员，由相关人员手动发送数据或者指令；若为紧急情况，则采用被动发射机制方式三，即云端数据处理中心自动发送数据或者指令，并知会相关人员。优选地，基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统由移动PC控制管理终端通过无线连接水声通信基站下达指令，移动PC控制管理终端包括两种不同的通信工作模式：通信工作模式一和通信工作模式二，两种工作模式均面向多潜水员用户，具体地：通信工作模式一情景下，便携水声通信终端只与水声通信基站直接通信，便携水声通信终端之间的通信必须以水声通信基站作为中继，水声通信基站中继转发功能在移动PC控制管理终端选择开启或关闭；通信工作模式二情景下，便携水声通信终端除与水声通信基站通信外，便携水声通信终端之间可互相发送和接收数据，而不是以水声通信基站作中继。优选地，基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统使用超短基线定位系统对便携水声通信终端进行定位。优选地，超短基线定位系统包括水声通信基站的声头部分和便携水声通信终端，水声通信基站的声头和便携水声通信终端通过询问和应答方式测量往返时间，进而估算出水声通信基站与便携水声通信终端之间的距离，环形水听器阵列还可用于估算便携水声通信终端的方位角。优选地，水声通信基站浮置于水面或海面，移动PC控制管理终端放置于船内，云端数据处理中心部署于陆地机房，便携水声通信终端由潜水员佩戴。与现有潜水通信系统相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术能够实现潜水员之间、以及潜水员与船上指挥员之间的通信，能够定位每位潜水员水下位置，帮助船上指挥员指挥、引导潜水员水下作业，以及潜水员遇到突发状况能够及时派遣和通知人员赶往救助，从而更好地保证潜水员水下作业过程的效率和安全，降低作业风险。(2)集水上指挥终端、水下多用户互相通信于一体，满足多名潜水员共同水下作业的需求。(3)集通信和水下定位功能一体，使得移动PC控制管理终端能够实时掌握潜水员的水下位置，在潜水员遇险等待救援时，水下位置信息起到至关重要的作用。(4)组成系统的三种设备(移动PC控制管理终端、便携水声通信终端和水声通信基站)的预期尺寸规模不大，方便人员携带和快速布置。(5)装配有云端数据处理中心，使得移动PC控制管理终端的数据及时同步到云端数据处理中心，减轻船上移动PC控制管理终端的运算和存储压力，提高了数据信息的处理速度。附图说明图1为本专利技术一个实施例中基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统的示意图；图2为本专利技术一个实施例中水声通信基站的视图，其中(a)为正视图，(b)为侧视图，(c)为俯视图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统，其特征在于，包括：移动PC控制管理终端、水声通信基站、便携水声通信终端及云端数据处理中心，其中：/n移动PC控制管理终端用于对水声通信基站进行远程连接和操控，把接收到的数据及时上传至云端数据处理中心；/n水声通信基站用于与便携水下通信终端进行通信及定位，将便携水下通信终端数据实时传送给移动PC控制管理终端；/n便携水声通信终端用于接收来自水声通信基站的通信数据，以及发送数据给水声通信基站；/n云端数据处理中心用于及时、快速地对移动PC控制管理终端发来的数据进行运算、存储和应答。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统，其特征在于，包括：移动PC控制管理终端、水声通信基站、便携水声通信终端及云端数据处理中心，其中：
移动PC控制管理终端用于对水声通信基站进行远程连接和操控，把接收到的数据及时上传至云端数据处理中心；
水声通信基站用于与便携水下通信终端进行通信及定位，将便携水下通信终端数据实时传送给移动PC控制管理终端；
便携水声通信终端用于接收来自水声通信基站的通信数据，以及发送数据给水声通信基站；
云端数据处理中心用于及时、快速地对移动PC控制管理终端发来的数据进行运算、存储和应答。


2.根据权利要求1所述的多用户潜水通信定位系统，其特征在于，水声通信基站包括：收发换能器、环形水听器阵列、第一水声调制解调器、主控单元、第一操作面板和无线通信模块，其中：
环形水听器阵列与收发换能器共同作用，组成水声通信基站的声头部分，用于估算便携水声通信终端的位置和方位角；
第一水声调制解调器包括：第一接收处理单元、第一发送处理单元及第一信号处理单元；第一发送处理单元用于放大功率和发射信号；第一接收处理单元用于采集、接收信号和滤波处理；第一信号处理单元用于对待发送数据或者接收的数据进行不同算法的处理，完成编码、调制或者是解调、解码，以及定位信号的计算处理；
主控单元运行上层程序，包括取得第一水声调制解调器的信号处理单元的计算结果，发送数据给移动PC控制管理终端，以及从移动PC控制管理终端获得待发送数据和指令；
第一操作面板是水声通信基站的按键界面；
无线通信模块用于与移动PC控制管理终端建立无线连接和与便携水声通信终端进行通信联络。


3.根据权利要求1所述的多用户潜水通信定位系统，其特征在于，便携水声通信终端包括：换能器、第二水声调制解调器和第二操作面板，其中：
换能器用于发送和接收数据，或者发送定位应答的声波信号给水声通信基站；
第二水声调制解调器包括第二接收处理单元、第二发送处理单元及第二信号处理单元；
第二操作面板设置有液晶屏，用于显示收到的数据以及提供按键让潜水员输入数据和指令。


4.根据权利要求1所述的多用户潜水通信定位系统，其特征在于，云端数据处理中心包括两种并行的处理机制：主动发射机制和被动发射机制；
主动发射机制和被动发射机制同时存在，主动发射机制的目的在于方便云端数据处理中心快速连接到移动PC控制管理终端和便携水声通信终端；而被动发射机制主要是处理来自移动PC控制管理...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳炯，张传龙，罗朝辉，季飞，余华，宁更新，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44