水声通信和定位一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水声通信和定位一体化系统，属于水下潜水通信技术领域，其中所述水声通信和定位一体化系统包括蛙人单元和水面单元，该蛙人单元包括头戴式结构、通信机和潜水表，该水面单元包括甲板盒、水下换能器基阵和连接两者的水密电缆，该水下换能器基阵包括发射与接收换能器阵、基阵姿态与深度测量模块以及水面单元收发模块，上述结构相互配合，使得所述水声通信和定位一体化系统集成了水下的音频通话、数字通信和定位功能，使得所述水声通信和定位一体化系统具有音频通话功能、数字通信功能和定位导航功能，并且所述水声通信和定位一体化系统能够在所述音频通话功能、所述数字通信功能和所述定位导航功能之间切换。述数字通信功能和所述定位导航功能之间切换。述数字通信功能和所述定位导航功能之间切换。

【技术实现步骤摘要】
水声通信和定位一体化系统


[0001]本专利技术涉及水下潜水通信
，特别涉及一种水声通信和定位一体化系统。

技术介绍

[0002]随着海洋资源的开发和技术的不断进步，水下蛙人作业也得到了迅速发展，被广泛应用于海洋科研、水下勘探、水下协同、救助打捞、水下娱乐等领域。考虑到水下环境能见度低、方向感差、通信困难等因素，蛙人在大范围水下作业时，无法快速准确到达预定目标，无法和水面或水下队友间进行通信和定位，无法指挥与协调作业。以上因素大大降低了蛙人水下作业效率，同时也危及蛙人生命安全。在蛙人执行水下特种任务中，面临的突出问题是如何有效提高蛙人水下综合态势的感知、指挥与协调能力。目前，国内外较为成熟的蛙人水声通讯产品和蛙人水下定位导航装置功能比较单一，精度比较低，没有形成系统一体化产品，无法同时为蛙人提供水下通话、数字通信、引导定位、导航和探测等高质量服务。另外，通过多系统集成方式达到同时音频通话、数字通信与信标定位功能，在便携性、小型化、低功耗方面会大大降低性能，影响蛙人水下作业。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的在于提供一种水声通信和定位一体化系统，其中所述水声通信和定位一体化系统能够实现水下的音频通话、数字通信和定位导航。
[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种水声通信和定位一体化系统，其中所述水声通信和定位一体化系统具有音频通话功能、数字通信功能和定位导航功能，并且所述水声通信和定位一体化系统能够在所述音频通话功能、所述数字通信功能和所述定位导航功能之间切换，以满足母船和蛙人的需求。
[0005]为满足上述至少一个目的，本专利技术采用的技术方案是：水声通信和定位一体化系统，其包括：蛙人单元，其包括：头戴式结构，其包括头戴单元以及分别被设置于所述头戴单元的收发合置换能器、头戴耳机和头戴话筒，所述头戴单元用于佩戴于蛙人头部，所述收发合置换能器用于电声信号的转换、数字信号的发射与接收，所述头戴耳机用于音频信号的播放，所述头戴话筒用于音频信号的接收；通信机，其包括通信机收发模块，所述通信机收发模块用于宽带和高压信号的发射以及所述收发合置换能器输出的弱信号的接收；潜水表，其包括潜水表控制与处理模块以及分别被连接于所述潜水表控制与处理模块的显示模块和潜水表姿态与深度测量模块，所述潜水表控制与处理模块用于选取蛙人的自身控制信息与内置的短消息并输出至所述通信机，所述显示模块用于显示蛙人的关联信息，所述潜水表姿态与深度测量模块用于测量蛙人的入水姿态与深度数据；水面单元，其包括甲板盒、水下换能器基阵以及连接所述甲板盒和所述水下换能
器基阵的水密电缆，其中所述水下换能器基阵包括发射与接收换能器阵、基阵姿态与深度测量模块以及水面单元收发模块，所述发射与接收换能器阵用于定位过程中广角度宽带定位信号的接收以及通信过程中音频或数字信号的发射与接收，所述基阵姿态与深度测量模块用于测量所述水下换能器基阵的入水姿态与深度数据，所述水面单元收发模块用于宽带和高压信号的发射以及所述收发合置换能器输出的弱信号的接收。
[0006]优选地，所述发射与接收换能器阵包括五个换能器，五个所述换能器采用正四面体形式布置位于正上方的一个所述换能器是收发合置换能器。
[0007]优选地，所述水面单元收发模块包括水面单元发射模块，所述水面单元发射模块的发射电路包括激励放大器、功率放大器、阻抗匹配电路、变压器和第一接收/发射切换电路，其中PWM控制信号能够依次经所述激励放大器、所述功率放大器、所述阻抗匹配电路、所述变压器和所述第一接收/发射切换电路到达所述发射与接收换能器阵，以供驱动所述发射与接收换能器阵。
[0008]优选地，所述水面单元收发模块包括水面单元接收模块，所述水面单元接收模块由4路接收电路组成，每路接收电路包括第二接收/发射切换电路、前置放大器、高通滤波器、单转双放大器和AD变换器，所述第二接收/发射切换电路、所述前置放大器、所述高通滤波器、所述单转双放大器和所述AD变换器依次连接。
[0009]优选地，所述前置放大器是增益可程控放大电路，所述水面单元接收模块的接收电路包括电压控制器，所述电压控制器被连接于所述前置放大器。
[0010]优选地，所述通信机收发模块包括通信机发射模块，所述通信机发射模块的发射电路包括换能器驱动部分和耳机驱动部分，所述换能器驱动部分和所述耳机驱动部分并联，其中所述换能器驱动部分包括激励放大器、功率放大器、阻抗匹配电路、变压器和第一接收/发射切换电路，其中PWM控制信号能够依次经所述激励放大器、所述功率放大器、所述阻抗匹配电路、所述变压器和所述第一接收/发射切换电路到达所述收发合置换能器，以供驱动所述收发合置换能器，其中所述耳机驱动部分包括音频放大器，音频信号能够经所述音频放大器后到达所述头戴耳机，供驱动所述头戴耳机播放音频信号。
[0011]优选地，所述收发合置换能器被刚性地安装于所述头戴单元。
[0012]优选地，所述收发合置换能器和所述头戴单元呈45
°
角被安装。
[0013]优选地，所述头戴式结构包括PTT开关，所述PTT开关被设置于所述头戴单元，其中所述PTT开关用于控制所述头戴耳机和所述头戴话筒的状态。
[0014]优选地，所述甲板盒包括甲板盒耳机和甲板盒话筒，所述甲板盒耳机用于音频信号的播放，所述甲板盒话筒用于音频信号的接收。
[0015]本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统具有至少以下有益效果：第一，本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统集成了水下的音频通话、数字通信和定位功能，使得所述水声通信和定位一体化系统具有音频通话功能、数字通信功能和定位导航功能，并且所述水声通信和定位一体化系统能够在所述音频通话功能、所述数字通信功能和所述定位导航功能之间切换；第二，在所述水声通信和定位一体化系统被切换至所述音频通话功能时，本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统在单边带调制技术（Single
‑
Sideband Modulation，SSB）的基础上引入自适应降噪算法，能够大幅度地改善音频通话质量，以提高通话可懂度；
第三，本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统将所述收发合置换能器安装于所述头戴单元上，并且所述收发合置换能器和所述头戴单元呈45
°
角安装，可以有效地防止信号遮挡，以进一步提高所述水声通信和定位一体化系统的性能，达到远距离通信效果；第四，本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统将所述发射与接收换能器阵的五个所述换能器中的四个所述换能器采用正四面体形式布置，兼顾了所述发射与接收换能器阵的尺寸与定位开角、精度等性能指标，使得设备综合性能达到最优，便于水下系统安装；第五，本专利技术的所述水声通信和定位一体化系统的所述蛙人单元和所述水面单元都被配置了姿态与深度测量模块，其测量数据可以用于定位结果的补偿修正，以提高定位精度，进而实现母船对蛙人的精准导航，提高水下作业效率。
附图说明
[0016]图1是依本专利技术的一较佳实施例的一种水声通信和定位一体化系统的框图示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水声通信和定位一体化系统，其特征在于，包括：蛙人单元，其包括：头戴式结构，其包括头戴单元以及分别被设置于所述头戴单元的收发合置换能器、头戴耳机和头戴话筒，所述头戴单元用于佩戴于蛙人头部，所述收发合置换能器用于电声信号的转换、数字信号的发射与接收，所述头戴耳机用于音频信号的播放，所述头戴话筒用于音频信号的接收；通信机，其包括通信机收发模块，所述通信机收发模块用于宽带和高压信号的发射以及所述收发合置换能器输出的弱信号的接收；潜水表，其包括潜水表控制与处理模块以及分别被连接于所述潜水表控制与处理模块的显示模块和潜水表姿态与深度测量模块，所述潜水表控制与处理模块用于选取蛙人的自身控制信息与内置的短消息并输出至所述通信机，所述显示模块用于显示蛙人的关联信息，所述潜水表姿态与深度测量模块用于测量蛙人的入水姿态与深度数据；水面单元，其包括甲板盒、水下换能器基阵以及连接所述甲板盒和所述水下换能器基阵的水密电缆，其中所述水下换能器基阵包括发射与接收换能器阵、基阵姿态与深度测量模块以及水面单元收发模块，所述发射与接收换能器阵用于定位过程中广角度宽带定位信号的接收以及通信过程中音频信号或数字信号的发射与接收，所述基阵姿态与深度测量模块用于测量所述水下换能器基阵的入水姿态与深度数据，所述水面单元收发模块用于宽带和高压信号的发射以及所述收发合置换能器输出的弱信号的接收。2.根据权利要求1所述的水声通信和定位一体化系统，其特征在于，所述发射与接收换能器阵包括五个换能器，五个所述换能器采用正四面体形式布置位于正上方的一个所述换能器是收发合置换能器。3.根据权利要求1所述的水声通信和定位一体化系统，其特征在于，所述水面单元收发模块包括水面单元发射模块，所述水面单元发射模块的发射电路包括激励放大器、功率放大器、阻抗匹配电路、变压器和第一接收/发射切换电路，其中PWM控制信号能够依次经所述激励放大器、所述功率放大器、所述阻抗匹配电路、所述变压器和所述第一接收/发射切换电路到达所述发射与接收换能器阵，以供驱动所述发射与接收换能器阵。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽玲，李永恒，李小强，刘飞龙，尤加志，徐建福，范勇刚，王砚梅，
申请(专利权)人：海底鹰深海科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：