一种深海原位监测数据回收系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种深海原位监测数据回收系统及方法，包括原位监测传感器和水下柔性机器人，所述原位监测传感器内置有第一无线光通信装置，所述水下柔性机器人内置有第二无线光通信装置，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路，所述水下柔性机器人通过有线通信的方式将数据传送到船上的电脑端

【技术实现步骤摘要】
一种深海原位监测数据回收系统及方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种深海原位监测数据回收系统及方法
。

技术介绍

[0002]深海是指海洋中较深的水域
。
在这片广袤的空间里蕴藏着丰富的生物和矿产资源
。
近年来随着陆地资源的日益紧缺，世界各国纷纷加大了对深海的探测和开发
。
[0003]在深海探测中，原位监测是一种传统的海洋探索手段，常常被用于获取海洋环境的长期活动数据
。
这种方法通常是将海洋传感器安插在大洋底部，让其长时间观测海底环境，以达到获取海洋长时间特性信息的目的
。
随着水下传感和探测技术的不断发展，原位监测获取的信息数据量急剧增加，如何将这些大容量数据回传到水面以上，实现数据的回收，是深海原位监测在实际应用中面临的重要难题
。
[0004]由于海水是良导体，屏蔽了几乎所有的电磁波，陆地上常用的无线电通信方法不适合深海应用
。
传统的海底原位监测数据回收主要依靠三种方法
。
一种方法是定期将原位监测传感器回收到船上，然后在船上将原位监测获得的数据导出
。
这种方法效率低
、
成本昂贵，并且频繁的回收原位监测传感器限制了原位监测的时间长度
。
[0005]另一种方法是依靠水声通信的方法，以无线的方式将深海原位观测数据回传到海面，以此实现数据的回收
。
水声通信以声波为载体实现信号传输，机动性强，但是受声波带宽
、
多普勒效应
、
水下声学噪声的限制，通信速率较低，传输时间较长
。
[0006]第二种方法是依靠有线通信，即利用光纤和电缆传输通信数据，然而这种方法需要事先布放缆线，成本昂贵
、
维护困难，并且受海流的长期影响，容易造成线缆撕裂和损坏
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种深海原位监测数据回收系统及方法，解决深海原位监测数据面临的快速回收难题
。
[0008]本专利技术一方面提出的一种深海原位监测数据回收系统，包括原位监测传感器和水下柔性机器人，所述原位监测传感器内置有第一无线光通信装置，所述水下柔性机器人内置有第二无线光通信装置，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路，所述水下柔性机器人通过有线通信的方式将数据传送到船上的电脑端
。
[0009]优选地，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路波长位于
400nm
～
700nm
的可见光波段
。
[0010]优选地，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路通过水声通信的方式唤醒并打开
。
[0011]优选地，所述水下柔性机器人通过水密光缆或者水密电缆将数据传送到船上的电脑端
。
[0012]本专利技术另一方面提出一种深海原位监测数据回收方法，包括以下步骤：
[0013]S1、
在深海原位监测传感器中增加第一无线光通信装置，原位监测传感器所监测
到的信息数据能够通过第一无线光通信装置以无线光通信的方式传送；
[0014]S2、
将载有第二无线光通信装置的水下柔性机器人从船上布放到原位监测传感器附近，水下柔性机器人通过水密光缆或水密电缆与船载的电脑端相连，实现数据传输；
[0015]S3、
通过水声通信的方式唤醒并打开原位监测节点处的第一无线光通信装置，使其进入正常工作模式；
[0016]S4、
水下柔性机器人游弋到深海原位监测传感器附近，打开水下柔性机器人上的第二无线光通信装置，直至与原位监测传感器中的第一无线光通信装置建立通信链路；
[0017]S5、
通过水声通信的方法将原位监测传感器的数据回传到水下柔性机器人中，再通过有线通信的方法将数据从水下柔性机器人传送到船载的电脑端，以此实现原位监测数据的下载；
[0018]S6、
原位监测传感器中的数据下载完成后，回收水下柔性机器人
。
[0019]优选地，所述步骤4中，为了消除海洋通信条件中多普勒效应造成的干扰信道，采用闭环多普勒估计补偿判决反馈方法如下：
[0020]S41、
利用当前估计多普勒因子进行多普勒补偿
[0021][0022]S42、
对插值补偿后的信号进行降采样和相干解调得到基带信号
y(n)
；
[0023]S43、
进行前馈滤波
[0024]p
n
＝
h
H
y(n)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0025]S44、
利用反馈滤波器计算前面码元对当前码元的干扰
[0026][0027]S45、
计算符号判决器的输入信号
[0028][0029]S46、
进行判决得到符号估计值，并计算估计值与真实值之间的误差
[0030][0031]S47、
用自适应算法对前馈滤波器抽头系数和反馈滤波器抽头系数进行更新
[0032][0033][0034]S48、
利用最大似然准则的方法估计出插值系数
I
n
，用于下一次迭代
[0035][0036]I
n+1
＝
I
n
+k
f
φ
n
ꢀꢀꢀ
(9)
[0037]式中：
φ
n
为最大似然相位估计结果，
kf
为相位跟踪步长
。
[0038]本专利技术的有益效果：
[0039]1、
以水下柔性机器人作为中继，通过有线通信和无线光通信融合的方法，在深海原位观测节点和船之间建立了通信链路，能够在船上实现深海监测数据的下载和回传
。
由于有线通信和无线光通信具有高带宽的特点，因此本申请所提供的方法，能够实现深海大容量数据的快速回传，具有传输速率高
、
传输时间短
、
灵活性强等突出优点
。
[0040]2、
本申请中所涉及的有线通信缆线是临时布放并回收的，因此本申请所提出的方法，避免了传统有线通信的诸多弊端，并且还消除了无线通信过程中多普勒效应造成的干扰问题
。
[0041]本专利技术开辟水下有线通信
、
水下无线光通信
、
水下柔性机器人的新用途，将三者结合用于深海原位监测数据回传当中，可以解决深海原位监测数据面临的快速回收难题
。
附图说明
[0042]图1是本专利技术一种深海原位监测数据回收系统的示意图；
[0043]图2是本专利技术中水声通信过程中的干扰示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种深海原位监测数据回收系统，其特征在于，包括原位监测传感器和水下柔性机器人，所述原位监测传感器内置有第一无线光通信装置，所述水下柔性机器人内置有第二无线光通信装置，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路，所述水下柔性机器人通过有线通信的方式将数据传送到船上的电脑端
。2.
根据权利要求1所述的一种深海原位监测数据回收系统，其特征在于，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路波长位于
400nm
～
700nm
的可见光波段
。3.
根据权利要求1所述的一种深海原位监测数据回收系统，其特征在于，所述第一无线光通信装置与所述第二无线光通信装置建立通信链路通过水声通信的方式唤醒并打开
。4.
根据权利要求1所述的一种深海原位监测数据回收系统，其特征在于，所述水下柔性机器人通过水密光缆或者水密电缆将数据传送到船上的电脑端
。5.
一种深海原位监测数据回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
在深海原位监测传感器中增加第一无线光通信装置，原位监测传感器所监测到的信息数据能够通过第一无线光通信装置以无线光通信的方式传送；
S2、
将载有第二无线光通信装置的水下柔性机器人从船上布放到原位监测传感器附近，水下柔性机器人通过水密光缆或水密电缆与船载的电脑端相连，实现数据传输；
S3、
通过水声通信的方式唤醒并打开原位监测节点处的第一无线光通信装置，使其进入正常工作模式；
S4、
水下柔性机器人游弋到深海原位监测传感器附近，打开水下柔性机器人上的第二无线光通信装置，直至与原位监测传感器中的第一无线光通信装置建立通信链路；
S5、
通过水声通信的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫敏玲，
申请(专利权)人：广东蓝鲲海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：