[發(fā)明專利]一種遠(yuǎn)距離水聲通信的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110058006.0
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102122993A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋崗;崔杰恩;吳云;張軍
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種遠(yuǎn)距離水聲通信的裝置，其特征在于包括水下的一個以上的通信節(jié)點和水上的一個以上的通信浮標(biāo)，一個水上通信浮標(biāo)通過水聲信道負(fù)責(zé)與設(shè)定距離范圍內(nèi)的一個以上的水下通信節(jié)點進(jìn)行通信，水上通信浮標(biāo)之間通過陸上無線信道進(jìn)行通信連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的遠(yuǎn)距離水聲通信的裝置，其特征在于所述水下通信節(jié)點包括主處理器、調(diào)制模塊、距離存儲器和換能器陣列，其中，主處理器分別與距離存儲器、調(diào)制模塊和換能器陣列連接，調(diào)制模塊還與所述換能器陣列連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的遠(yuǎn)距離水聲通信的裝置，其特征在于所述水上通信浮標(biāo)包括陣列天線、換能器陣列、主控模塊、GPS衛(wèi)星定位模塊、濾波器、波束形成器、能量積累檢測器以及方位存儲器，其中，主控模塊與陣列天線、換能器陣列、GPS衛(wèi)星定位模塊、濾波器以及方位存儲器連接；換能器陣列與濾波器、波束形成器、能量積累檢測器、方位存儲器順次連接。

4.權(quán)利要求1～３任一項所述裝置的通信方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1、當(dāng)某水下通信節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先通過距離存儲器判斷接收方的地址，獲取雙方的預(yù)設(shè)通信距離；若距離不足預(yù)先設(shè)定距離閥值，則進(jìn)行水下節(jié)點間的通信；若距離超過了所述距離閥值，則進(jìn)行遠(yuǎn)距離間的水聲通信，利用水上通信浮標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行以下步驟；

步驟2、對于遠(yuǎn)距離的水聲通信，待發(fā)送數(shù)據(jù)的水下通信節(jié)點對整個可用頻段進(jìn)行全頻段掃描，獲取可用的信道資源；在發(fā)送數(shù)據(jù)時，水下通信節(jié)點首先在各子信道上并行發(fā)送測試信息到水上通信浮標(biāo)，水上通信浮標(biāo)將數(shù)據(jù)經(jīng)過頻譜感知和方位計算后，獲取水下通信節(jié)點正在使用的子信道資源以及其方位信息，從而調(diào)整換能器陣列的主瓣方向，讓其指向準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)信息的水下通信節(jié)點；

步驟3、水下通信節(jié)點在發(fā)送完測試信息后，利用頻率調(diào)制將待發(fā)數(shù)據(jù)直接調(diào)制到不同的子信道上面進(jìn)行并行的傳輸，在各個子信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是相同的數(shù)據(jù)；每個并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)頭均包含了所在子信道的頻帶信息以及目標(biāo)水下通信節(jié)點的地址信息；在收到確認(rèn)信息之前，水下通信節(jié)點不間斷地重傳數(shù)據(jù)；

步驟4、水上通信浮標(biāo)接收到水下通信節(jié)點通過各子信道發(fā)送過來的信息后，首先判定浮標(biāo)自身是否是水下節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的下一跳地址，若不是下一跳地址，則丟棄數(shù)據(jù)包，若是下一跳的地址，則嘗試聯(lián)合所收到的各個子數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼，若譯碼失敗，則丟棄數(shù)據(jù)包，并不發(fā)送確認(rèn)信息；若譯碼成功，則通信浮標(biāo)發(fā)送確認(rèn)信息到水下通信節(jié)點；

步驟5、水上通信浮標(biāo)正確譯碼后，分析待發(fā)數(shù)據(jù)的目的地址，利用GPS衛(wèi)星定位模塊找到相應(yīng)接收通信浮標(biāo)，并通過主控模塊控制調(diào)整陣列天線主瓣的發(fā)射方向，將數(shù)據(jù)擴(kuò)頻調(diào)制后以無線電磁波的方式串行傳輸?shù)较乱惶慕邮胀ㄐ鸥?biāo)；

步驟6、接收通信浮標(biāo)接收到信息后，先由主控模塊判定信息是否為數(shù)據(jù)的目的地址，若不是，則把數(shù)據(jù)包丟棄，若是目的地址，則通信浮標(biāo)監(jiān)聽水聲信道中的信道資源，尋找空閑的信道信息，并且發(fā)送確認(rèn)信息到發(fā)送數(shù)據(jù)的通信浮標(biāo)；

步驟7、接收到數(shù)據(jù)的通信浮標(biāo)在主控模塊分析數(shù)據(jù)的目的地址后，根據(jù)所存儲的水下通信節(jié)點的預(yù)設(shè)方位，主控模塊控制調(diào)整換能器陣列的主瓣方向，在可用的信道上利用頻率調(diào)制，將待發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)制到不同的子信道后并行傳輸?shù)剿峦ㄐ殴?jié)點；

步驟8、水下節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，首先判斷自身是否為目的地址，若不是，則丟棄數(shù)據(jù)包，若是目的地址，則嘗試對各個子信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)譯碼；若能正確譯碼，則發(fā)送確認(rèn)信息到通信浮標(biāo)，若譯碼失敗，則不發(fā)送任何信息，通信浮標(biāo)在接收到確認(rèn)信息之前不停止發(fā)送數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟1中所述水下各通信節(jié)點的預(yù)設(shè)距離通過以下步驟獲得：

步驟1.1：各水下通信節(jié)點均發(fā)出一個包含發(fā)送時刻的廣播數(shù)據(jù)包；

步驟1.2：相鄰水下通信節(jié)點接收到廣播數(shù)據(jù)包后，根據(jù)信號的傳播時間來計算各節(jié)點之間的距離。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于步驟7中，所述水下各通信節(jié)點的預(yù)設(shè)方位是通過以下步驟獲得：

步驟7.1：設(shè)置水上通信浮標(biāo)N1的坐標(biāo)為（0,0）以及其最大跳數(shù)；

步驟7.2：在水上通信浮標(biāo)的通信半徑內(nèi)，選擇距離其最遠(yuǎn)的水下通信節(jié)點N2的坐標(biāo)為???????????????????????????????????????????????，同時選擇在水上通信浮標(biāo)N1、水下通信節(jié)點N2通信半徑內(nèi)、且與他們距離之和最遠(yuǎn)的水下通信節(jié)點N3，并且滿足N1、N2、N3不在一條直線上；

步驟7.3：?根據(jù)所選的N1、N2、N3三個點之間的距離、、，計算水下通信節(jié)點N3的坐標(biāo)為，其中，，；

步驟7.4：通信浮標(biāo)范圍N1內(nèi)的其他節(jié)點的位置則利用所確定的三點N1、N2、N3的坐標(biāo)和距離信息，再通過三邊測量確定。