[發(fā)明專利]一種水聲通信模塊、方法及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910079787.8
• 申請(qǐng)日: 2019-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN109743117B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁平元;李杰;周桃云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南人文科技學(xué)院
• 主分類號(hào): H04B11/00
• 分類號(hào): H04B11/00;H04B13/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

本發(fā)明公開一種水聲通信模塊、方法及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，水聲通信模塊包括：數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，超聲換能器和水聽器；水聽器用于獲取水下超聲信號(hào)并將水下超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一模擬信號(hào)；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于將第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理器用于對(duì)第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交相干解調(diào)調(diào)制、媒介訪問(wèn)控制或路由跨層水聲通信處理，得到第二數(shù)字信號(hào)；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器用于將第二數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二模擬信號(hào)；超聲換能器用于將第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)發(fā)射到水中。該水聲通信模塊、方法及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，無(wú)需復(fù)雜硬件電路即可實(shí)現(xiàn)跨層水聲通信功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水聲通信模塊、方法及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置。

背景技術(shù)

自上個(gè)世紀(jì)即20世紀(jì)以來(lái)，水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究就在國(guó)內(nèi)外開始興起，而水聲通信技術(shù)也被應(yīng)用于其中并逐漸發(fā)展成熟。水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一門多學(xué)科相結(jié)合的技術(shù)，它涉及通信、電子和計(jì)算機(jī)等各門學(xué)科技術(shù)，無(wú)疑是這個(gè)IT技術(shù)時(shí)代最具影響力的技術(shù)之一。在水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，成千上萬(wàn)個(gè)水聲無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常被隨機(jī)部署在人類難以到達(dá)的水下三維區(qū)域，它們通過(guò)自組織的方式形成多跳水聲無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)量、數(shù)據(jù)采集和跟蹤監(jiān)控等任務(wù)，因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)就是UWSN(跨層多跳水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))的一種關(guān)鍵技術(shù)。譬如，申請(qǐng)?zhí)?00710121077.4的發(fā)明專利申請(qǐng)“一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量方法及裝置”，該發(fā)明公開了一種水聲超聲通信、相對(duì)距離測(cè)量、水下環(huán)境信息采集的方法以及由微控制器、FSK調(diào)制器、功率放大器、超聲換能器、水聽器、微弱信號(hào)放大器、FSK解調(diào)芯片、電源管理模塊、A/D轉(zhuǎn)換接口、擴(kuò)展接口和PWM輸出接口連接而成的裝置。該發(fā)明方案合理可行，但存在FSK調(diào)制解調(diào)功能單一、可擴(kuò)展性差等的缺點(diǎn)。此外，陳巖等人在文獻(xiàn)[1]中提出一款多用途的水聲調(diào)制解調(diào)器，通過(guò)ADSP-BF533芯片運(yùn)行調(diào)制解調(diào)程序等實(shí)現(xiàn)了水聲調(diào)制解調(diào)功能，可以改進(jìn)上述發(fā)明裝置FSK調(diào)制解調(diào)功能單一、難以擴(kuò)展的缺點(diǎn)。([1]陳巖,曾娟,杜立君,等.基于ADSP-BF533的水聲調(diào)制解調(diào)器.《聲學(xué)技術(shù)》,2008.)而目前在市場(chǎng)上現(xiàn)有水聲通信設(shè)備依然存在價(jià)格高、功耗大、集成度低的缺點(diǎn)，無(wú)法達(dá)到水下大規(guī)模應(yīng)用和電池長(zhǎng)時(shí)間支持工作，并且對(duì)于路由、MAC、調(diào)制解調(diào)等跨層水聲通信功能必須需要復(fù)雜的硬件電路才能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水聲通信模塊、方法及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，無(wú)需復(fù)雜硬件電路即可實(shí)現(xiàn)跨層水聲通信功能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種水聲通信模塊，包括：數(shù)字信號(hào)處理器，與所述數(shù)字信號(hào)處理器分別連接的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，與所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接的超聲換能器，以及與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接的水聽器；

所述水聽器用于獲取水下超聲信號(hào)并將所述水下超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一模擬信號(hào)；所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于將所述第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)處理器用于對(duì)所述第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交相干解調(diào)調(diào)制、媒介訪問(wèn)控制或路由跨層水聲通信處理，得到第二數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器用于將所述第二數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二模擬信號(hào)；所述超聲換能器用于將所述第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)發(fā)射到水中。

可選的，還包括功率放大器和前置放大器，所述功率放大器分別與所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和所述超聲換能器連接，所述前置放大器分別與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所述水聽器連接。

一種水聲通信方法，包括：

獲取水下超聲信號(hào)并將所述水下超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一模擬信號(hào)；

將所述第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)；

對(duì)所述第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交相干解調(diào)調(diào)制、媒介訪問(wèn)控制或路由跨層水聲通信處理，得到第二數(shù)字信號(hào)；

將所述第二數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二模擬信號(hào)；