一种水下调制解调器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种水下调制解调器，该调制解调器由电池组、入水开关、发射功放板、接收板、DC-DC电源板、DSP板、A/D转换单元、D/A转换单元、通讯口、收发转换继电器以及换能器组成。该水下调制解调器采用正交相移扩频通信技术，可有效抗多途干扰，频谱利用率高、传输距离远、隐蔽可靠、被截获概率低，再结合先进的低功耗数字处理技术，可实现浅海远距离长期可靠通信，符合未来水声通信技术发展的方向。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及水下远距离通信
，特别涉及一种基于正交相移扩频通信技术的水下调制解调器。
技术介绍
水下通信方式一般分为水下电通信和水声通信。水下电通信一般距离较短，调试比较困难，水声通信距离远，是近年研究的热点。早期水声通信机使用的是模拟信号，可是海洋中的鱼类、舰船、波浪等产生的噪声，使海洋中的声场极为混乱，导致接收到的信号模糊不清。随着计算机技术的发展，使得水声数字通信成为可能，特别是数字信号处理器DSP的出现，成功解决了大量水下信息的传播问题。水声通信工作原理水声传输数据通讯机由 水下机和水上机两部分组成。水下机由微处理机、水声信号发射机和换能器组成。微处理机将传感器或测量设备监测到的海洋要素数据进行采集并转换成声脉冲信号，再由水声信号发射机通过水声换能器将数据发出。水上机由水声换能器、水声信号接收机和一个信号解析系统组成。在水面水域工作的水声信号接收机通过水声换能器接收到水下机发出的数据信号后，进行放大和处理，接着有信号解析系统进行数据的信号解调和运算处理，最后将水下机传输的数据处理后进行贮存。在水下机部分中，水下调制解调器是重要的部分，水下调制解调器是一种以海水为介质，以应答或自动的方式，实现水下远距离双向无线数据传输的设备。目前，国外的水下调制解调器技术相当成熟，但相关产品的销售价格相对偏高，国内自主研发的水下调制解调器产品较少，市场上大部分是进口产品，研制出成本低廉、功能全面的水下调制解调器产品已成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述缺陷，本技术的目的是提供一种水下调制解调器，该设备采用正交相移扩频通信技术，可有效抗多途干扰，频谱利用率高、传输距离远、隐蔽可靠、被截获概率低等优点，再结合先进的低功耗数字处理技术，可实现浅海远距离长期可靠通信。为达上述目的，本技术采取如下方案一种水下调制解调器，该调制解调器由电池组、入水开关、发射功放板、接收板、DC-DC电源板、DSP板、A/D转换单元、D/A转换单元、通讯口、收发转换继电器以及换能器组成，其特征在于电池组与入水开关相连，用于向调制解调器中的各个部件提供电能；入水开关分别与发射功放板和DC-DC电源板相连；DC-DC电源板分别与发射功放板、DSP板以及接收板相连；发射功放板与DSP板相连，接收来自DSP板的控制信号，与D/A转换单元相连，接收并发射经过D/A转换的信号；收发转换继电器分别与DSP板、发射功放板、接收板连接，根据从DSP板接收到的控制信号来实现在发射功放板和接收板之间的切换；接收板与A/D转换单元相连，将接收到的声信号传输给A/D转换单元，A/D转换单元将接收到的声信号转换为数字信号后传输给DSP板；DSP板与通讯口相连，通过通讯口向所连的设备传输数据；换能器与收发转换继电器相连。优选的，所述电池组采用37V IOAh可充电锂电池组。优选的，所述发射功放板的发射功耗小于等于10W，接收板的接收功耗小于等于150mW。 本技术具有以下优点和积极效果本专利具有如下优点I)采用正交相移扩频通信技术，可有效抗多途干扰，频谱利用率高、传输距离远、隐蔽可靠、被截获概率低，再结合先进的低功耗数字处理技术，可实现浅海(浅海多途干扰较强)远距离长期可靠通信。2)功耗低、集成度高、软件可移植、扰干扰能力强的特点，符合未来水声通信技术发展的方向。附图说明图I为本技术水下调制解调器的硬件原理框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施方式做进一步的说明。该水下调制解调器的硬件原理如图I所示。该调制解调器由电池组、入水开关、发射功放板、接收板、DC-DC电源板、DSP板、A/D转换单元、D/A转换单元、通讯口、收发转换继电器以及换能器组成。其中，电池组与入水开关相连，用于向调制解调器中的各个部件提供电能。入水开关分别与发射功放板和DC-DC电源板相连。DC-DC电源板分别与发射功放板、DSP板以及接收板相连，考虑到电源变换效率和功耗，采用开关电源芯片把电池组输出高压降压滤波后，分三路进行线性稳压滤波输出相互隔离的+5V，其中一路设计成可控输出给功放发射功放板使用，另外两路设计成不可控，分别输出给DSP板和接收板。发射功放板与DSP板相连，接收来自DSP板的控制信号，控制信号用于控制DSP板的通断，关断时实现发射功放板的零功耗待机，发射功放板还与D/A转换单元相连，接收并发射经过D/A转换的信号。为提高发射功放板效率和缩小体积,减小功耗和波形的线形度等因素,发射功放板采用D类音频功率放大器，当需要发射功放板发射信号时，DSP板的控制信号接通开关电源芯片，输出直流高压送发射功放板功放芯片和收发转换继电器。当发射完成后，DSP板撤销控制信号完全切断发射功放板的高、低压电源，收发转换继电器自动回到接收状态，实现发射功放板零功耗待机。收发转换继电器分别与DSP板、发射功放板、接收板连接，根据从DSP板接收到的控制信号来实现在发射功放板和接收板之间的切换。接收板与A/D转换单元相连，将接收到的声信号传输给A/D转换单元，A/D转换单元将接收到的声信号转换为数字信号后传输给DSP板。接收板的设计中主要考虑了输入阻抗匹配、低噪声、增益带宽乘积和低功耗这些因素，其中的前置放大、阻抗匹配级采用低噪声、低功耗的仪表放大器转差分信号为单端输出信号，并采用低阻设计。为了保证接收通道宽的动态范围，后置放大增益设计成多级可调增益电路。DSP板与通讯口相连，通过通讯口向所连的设备传输数据。DSP板主要由电源变换、A/D信号采集、D/A信号调理、串行通讯接口、JTAG接口、复位电路以及抗干扰电路等部分组成，该DSP芯片处于待机状态时功耗也较低。换能器与收发转换继电器相连，并且换能器是收发合一的。该水下调制解调器的主要技术指标如下 最大工作水深300m工作距离8·5kmil50bpsRS232 传输速率9600bps声传输速率150bps@SNR彡 _3dB误码率<10-5发射声源级SL 173dB ^ SL ^ 176dB i12kHz工作带宽9kHz 14kHz供电37V10Ah可充电锂电池组功耗发射功耗彡10W，接收功耗彡150mff当水下调制解调器入水后，入水开关接通，DSP板上电初始化，控制信号关断发射功放板电源，收发转换继电器连接接收板，DSP板进入微功耗待机状态，发射功放板进入零功耗待机，只有当接收板接收到声信号或通讯串口信号时唤醒DSP板，DSP板进入工作状态。当唤醒信号来自接收通道时，DSP板对接收到的声信号进行识别解码，解调出数据信息，然后将数据通过通讯口转发给所连接的设备。当唤醒信号来自通讯口时，DSP板首先发出接通发射高压控制信号，发射功放板通电进入工作状态，同时DSP板对接收到的通讯口串行数据按一定方式进行调制后送发射功放板，发射功放板推动换能器将按调制后的编码信号转换成声信号辐射到水中，以声信号的形式传播给远端的水下调制解调器，远端的水下调制解调器于同样的方式工作，这样可实现水下设备间透明的无线通讯连接。通过该水下调制解调器，可将水下仪器/传感器上获得的数据经过海水介质，以应答或自动的方式，实时地传输各类传感器的输出数据至基站、指挥船或者浮标，也可以接收基站上主机发送的数据，实现水下调制解调器间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下调制解调器，该调制解调器由电池组、入水开关、发射功放板、接收板、DC？DC电源板、DSP板、A/D转换单元、D/A转换单元、通讯口、收发转换继电器以及换能器组成，其特征在于：电池组与入水开关相连，用于向调制解调器中的各个部件提供电能；入水开关分别与发射功放板和DC？DC电源板相连；DC？DC电源板分别与发射功放板、DSP板以及接收板相连；发射功放板与DSP板相连，接收来自DSP板的控制信号，与D/A转换单元相连，接收并发射经过D/A转换的信号；收发转换继电器分别与DSP板、发射功放板、接收板连接，根据从DSP板接收到的控制信号来实现在发射功放板和接收板之间的切换；接收板与A/D转换单元相连，将接收到的声信号传输给A/D转换单元，A/D转换单元将接收到的声信号转换为数字信号后传输给DSP板；DSP板与通讯口相连，通过通讯口向所连的设备传输数据；换能器与收发转换继电器相连。

【技术特征摘要】
1.一种水下调制解调器，该调制解调器由电池组、入水开关、发射功放板、接收板、DC-DC电源板、DSP板、A/D转换单元、D/A转换单元、通讯口、收发转换继电器以及换能器组成，其特征在于 电池组与入水开关相连，用于向调制解调器中的各个部件提供电能； 入水开关分别与发射功放板和DC-DC电源板相连； DC-DC电源板分别与发射功放板、DSP板以及接收板相连； 发射功放板与DSP板相连，接收来自DSP板的控制信号，与D/A转换单元相连，接收并发射经过D/A转换的信号； 收发转换继电器分别与DSP板、发射功放板、接收板连...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹文胜，陈岩，王祯辉，安守楠，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，中船重工海声科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：