一种跨介质组网通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种跨介质组网通信设备，属于通信技术领域。该设备复合天线通过射频水密线缆组件连接在电子舱外顶部的舱盖上；信号处理模块、信号调理模块及水声通信功放通过金属销固定在电子舱舱壁上；所述锂电池通过夹具安装固定在电子舱内；所述换能器、多元接收阵通过水密连接器连接在电子舱外的底部。本发明专利技术能够降低值守与维护作业人员与物力成本，提升水下信息收集时效性。下信息收集时效性。下信息收集时效性。

【技术实现步骤摘要】
一种跨介质组网通信设备


[0001]本专利技术涉及到通信
，特别涉及一种跨介质组网通信设备。

技术介绍

[0002]随着海洋开发与利用的逐步深入，海洋探测能力需求日渐迫切，水下无人装备取得了长足发展，然而受限于复杂的水下环境，单个水下节点作业能力有限，无法满足大范围资源探测、地形测绘、搜救及情报侦察等需求，如何实现水下装备间有效互联互通、组网协同作业实现能力倍增，如何将水下各节点状态及数据进行快速回传，以便生成水下作业态势、进行任务动态调整等是快速、高效的进行区域探测是急需解决的问题。
[0003]声波在水与空气界面反射严重，无法直接采用声信号进行水下、水面高速数据传输，现有水下节点数据回传手段主要有：1)采用水声通信将信号传输至水面浮标节点后，通过短波、超短波等无线数传电台进行数据回传至岸站，这种方式受限于天线高度，无法进行远距离数据交互，限制了平台的布放范围；2)采用回收水下节点的方式进行数据回收，这种方式成本高、难度大，且无法进行实时数据交互；3)采用北斗短报文方式，这种方式数据回传速率低，不满足大量数据回传需求；4)采用铱星通信，通信速率较高，但技术不可控、保密性不强、资费高。这些传统手段面临传输距离近、设备集成度低、回传速率不足、信息安全性无法保障等问题，无法满足水下信息系统远程高速数据回传、跨域跨介质通信组网、信息加密传输等需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种跨介质组网通信设备。该设备能够降低值守与维护作业人员与物力成本，提升水下信息收集时效性。<br/>[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0006]一种跨介质组网通信设备，包括天通通信单元和水声通信前端，还包括信号处理模块；所述水声通信前端包括信号调理模块、水声通信功放、换能器和多元接收阵；
[0007]所述天通通信单元用于完成卫星通信链路收发功能；
[0008]所述信号处理模块用于实现天通卫星通信单元和水声通信前端的数据融合处理，并进行进行任务调度、路由维护、加密解密数据处理；其适配通信速率差异显著的两种通信链路，进行数据拥塞控制，生成任务日志并存储；
[0009]所述信号调理模块用于将换能器与多元接收阵列获取到的信号放大、滤波以便进行信号采集，并根据信号处理模块给出的控制参数进行增益调整；
[0010]所述水声通信功放通过匹配网络与换能器进行阻抗匹配，其受控于信号处理模块并将故障信息进行反馈，将信号处理模块产生的信号放大并激励换能器发射声信号；
[0011]所述换能器用于实现水声通信电声/声电信号的转换；
[0012]所述多元接收阵为多个圆柱形标量/矢量水听器组成垂直阵，每个水听器均连接有提升抗干扰能力的前置放大电路；
[0013]上行通信过程：多元接收阵与换能器拾取水下网络节点水声通信信号，信号调理模块将水声通信信号进行放大、滤波发送至信号处理模块，信号处理模块采集处理接收模拟信号，以获取水声通信数据与路由信息，并由信号处理模块将需要上传数据加密后发送给天通通信单元；
[0014]下行通信过程：天通通信单元将接收到的卫星信号放大、滤波和解调后，输送至信号处理模块，信号处理模块解译卫星通信信号并转换为水声通信信号进行下发至水声通信功放，水声通信功放将水声通信信号放大、滤波与匹配后驱动发射换能器进行信号发射。
[0015]进一步的，所述天通通信单元包括复合天线，所述复合天线用来完成天通卫星S波段的双向通信，其包括S天线、BD天线和GPS天线，实现天通卫星通信可与北斗定位授时的同时，将北斗短报文与GPS定位导航作为辅助备份；
[0016]执行接收任务时，首先通过天线进行对星、入网，收到卫星通信信号经射频单元放大、滤波、解调、解码后，将数据转发给基带芯片进行处理，获取数据、指令、授时定位等信息，并将关键数据存储；
[0017]执行发射任务时，首先会在基带芯片对待发送数据进行分类存储，随后将数据推送至射频单元进行编码、调制与放大，经由天线完成发射。
[0018]进一步的，还包括电子舱和锂电池，所述复合天线通过射频水密线缆组件连接在电子舱外顶部的舱盖上；信号处理模块、信号调理模块及水声通信功放通过金属销固定在电子舱舱壁上；所述锂电池通过夹具安装固定在电子舱内；所述换能器、多元接收阵通过水密连接器连接在电子舱外的底部。
[0019]进一步的，所述复合天线内部交替采用左、右极化方式集成S天线、BD天线和GPS天线。
[0020]进一步的，所述信号调理模块采用动态增益控制。
[0021]进一步的，所述水声通信功放采用线性D类功率放大器。
[0022]进一步的，所述信号处理模块通过分集接收处理克服信道衰落造成的对水声通信的影响。
[0023]进一步的，所述换能器的压电陶瓷环外覆有氨酯材料和防水橡胶。
[0024]本专利技术采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0025]1、本专利技术将水声通信组网与卫星通信相结合，采用专用网络协议栈建立跨介质通信网络，并添加轻量级加密保障设备通信安全，满足海洋开发、海洋物联网、水下无人设备集群等应用需求。
[0026]2、本专利技术的所有处理芯片、基带芯片和射频芯片均采用国产芯片，使用自主天通卫星通信系统，降低对进口元器件与设备的依赖，产品延续性、安全性有保障。
[0027]3、本专利技术采用复合天线设计，通过左右旋极化交替的方式将S、GPS、BD天线集成到同一天线，同时实现天通卫星通信与BD/GPS定位与授时，减少设备体积与接口数量。
[0028]4、本专利技术设备在保障性能与可靠性的前提下，采用低功耗、低成本、小体积设计，降低对应用平台的搭载能力要求。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例的组成框图；
[0030]图2为本专利技术实施例结构示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例为天通通信模块接口示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例的工作原理框图；
[0033]图5为本专利技术实施例的通信组网工作原理图。
具体实施方式
[0034]下面，结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0036]本实施例主要由复合天线、天通通信模块、信号处理模块、信号调理模块、水声通信功放、锂电池、电子舱、换能器、多元接收阵等组成，组成框图如图1所示。
[0037]所述复合天线101用来完成天通卫星S波段双向通信，内部集成BD、GPS天线，各天线交替采用左旋、右旋极化方式，以降低相互间干扰。
[0038]所述天通通信模块102为设备卫星通信与组网处理模块，采用国产基带芯片、射频芯片搭建收发电路，通过复合天线101进行对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨介质组网通信设备，包括天通通信单元和水声通信前端，其特征在于，还包括信号处理模块；所述水声通信前端包括信号调理模块、水声通信功放、换能器和多元接收阵；所述天通通信单元用于完成卫星通信链路收发功能；所述信号处理模块用于实现天通卫星通信单元和水声通信前端的数据融合处理，并进行进行任务调度、路由维护、加密解密数据处理；其适配通信速率差异显著的两种通信链路，进行数据拥塞控制，生成任务日志并存储；所述信号调理模块用于将换能器与多元接收阵列获取到的信号放大、滤波以便进行信号采集，并根据信号处理模块给出的控制参数进行增益调整；所述水声通信功放通过匹配网络与换能器进行阻抗匹配，其受控于信号处理模块并将故障信息进行反馈，将信号处理模块产生的信号放大并激励换能器发射声信号；所述换能器用于实现水声通信电声/声电信号的转换；所述多元接收阵为多个圆柱形标量/矢量水听器组成垂直阵，每个水听器均连接有提升抗干扰能力的前置放大电路；上行通信过程：多元接收阵与换能器拾取水下网络节点水声通信信号，信号调理模块将水声通信信号进行放大、滤波发送至信号处理模块，信号处理模块采集处理接收模拟信号，以获取水声通信数据与路由信息，并由信号处理模块将需要上传数据加密后发送给天通通信单元；下行通信过程：天通通信单元将接收到的卫星信号放大、滤波和解调后，输送至信号处理模块，信号处理模块解译卫星通信信号并转换为水声通信信号进行下发至水声通信功放，水声通信功放将水声通信信号放大、滤波与匹配后驱动发射换能器进行信号发射。2.根据权利要求1所述的一种跨介质组网通信设备，其特征在于，所述天通通信单元包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐立赫，张锦灿，王大宇，胡天宇，王志欣，罗恒光，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：