[發(fā)明專利]一種用于水聲通信的兩級(jí)喚醒電路及其喚醒方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911405780.7
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111190365B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許亮斌;金學(xué)義;劉書(shū)杰;盛磊祥;王冬石;羅幼安;宋林松;李朝瑋;殷志明;申曉紅;王海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司;中海油研究總院有限責(zé)任公司;中海油田服務(wù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發(fā)明涉及一種用于水聲通信的兩級(jí)喚醒電路及其喚醒方法，兩級(jí)喚醒電路分別與接收節(jié)點(diǎn)和接收換能器相連，接收換能器通過(guò)發(fā)送換能器與發(fā)送節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其特征在于：兩級(jí)喚醒電路包括信號(hào)預(yù)處理模塊和單片機(jī)模塊；信號(hào)預(yù)處理模塊持續(xù)對(duì)通信信道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)接收換能器發(fā)送喚醒信號(hào)時(shí)，對(duì)接收到的喚醒信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)送到單片機(jī)模塊；單片機(jī)模塊根據(jù)預(yù)設(shè)電壓閾值對(duì)預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行判斷，當(dāng)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值時(shí)，則對(duì)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)進(jìn)行有效性判斷，并產(chǎn)生兩路信號(hào)，一路為用于喚醒接收節(jié)點(diǎn)的中斷信號(hào)，另一路為對(duì)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)進(jìn)行識(shí)別處理的信號(hào)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于水聲通信領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于水聲通信的兩級(jí)喚醒電路及其喚醒方法，適合于水聲環(huán)境下的通信和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著陸地資源的開(kāi)發(fā)過(guò)度，人類的目光轉(zhuǎn)移到海洋領(lǐng)域。海洋中蘊(yùn)藏著豐富的資源，因此對(duì)海洋進(jìn)行開(kāi)發(fā)和探索勢(shì)在必行。近年來(lái)，隨著水聲通信與網(wǎng)絡(luò)在海洋信息領(lǐng)域的應(yīng)用不斷加深，其在海洋資源的勘測(cè)與開(kāi)發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)以及國(guó)防等方面具有重要的應(yīng)用。

水聲環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，而能量有限成為水下節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期服役的一個(gè)重大限制。節(jié)點(diǎn)是由電池供電，且水下環(huán)境的節(jié)點(diǎn)更換或電源補(bǔ)充難度很大，因此如何降低節(jié)點(diǎn)的能耗，延長(zhǎng)水聲通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生存周期成為學(xué)者廣泛關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前較為常用的方法是設(shè)置節(jié)點(diǎn)存在喚醒、休眠兩種狀態(tài)，減少節(jié)點(diǎn)空閑狀態(tài)能耗的浪費(fèi)，提高能量的利用率，而這種方法需要一種喚醒電路為主節(jié)點(diǎn)檢測(cè)信道中的喚醒信號(hào)。

水下節(jié)點(diǎn)Modem存在多種工作模式，當(dāng)無(wú)通信任務(wù)時(shí)可以令Modem處于休眠狀態(tài)，即關(guān)閉大部分器件，只令Modem的小部分電路處于工作狀態(tài)來(lái)連接喚醒電路。在通信任務(wù)到來(lái)時(shí)再將Modem喚醒，即開(kāi)啟CPU的電源進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。在這個(gè)過(guò)程中，喚醒電路始終需要保持活躍監(jiān)測(cè)信道，當(dāng)有效信號(hào)來(lái)臨時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷喚醒休眠狀態(tài)的Modem。如此，Modem可以根據(jù)性能需求在不同的狀態(tài)之間切換，在最大限度內(nèi)減小節(jié)點(diǎn)的能耗。

在水聲環(huán)境下，喚醒電路需要對(duì)喚醒信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)，由于持續(xù)活躍的特性，這種喚醒電路的功耗必須盡可能的低。到目前為止，喚醒電路識(shí)別喚醒信號(hào)的方法有兩種，第一是采用能量檢測(cè)的方法，即設(shè)置能量閾值，當(dāng)喚醒信號(hào)能量超過(guò)該閾值時(shí)，則認(rèn)為信號(hào)有效，這種方法的缺陷是被噪聲或其他非有效信號(hào)誤喚醒的概率較大，且發(fā)射機(jī)的能耗較高。第二是采用匹配濾波器，即從硬件方面對(duì)喚醒信號(hào)做互相關(guān)，但是這種硬件實(shí)現(xiàn)互相關(guān)的運(yùn)行速率很慢，集成度不高，同時(shí)由于互相關(guān)檢測(cè)單頻信號(hào)的能力很差，因此匹配濾波器也無(wú)法檢測(cè)單頻信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述喚醒電路誤喚醒率高、能耗高和檢測(cè)類型單一的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于水聲通信的兩級(jí)喚醒電路及其喚醒方法，該電路可以精準(zhǔn)識(shí)別喚醒信號(hào)、超低能耗且檢測(cè)范圍廣泛，能夠廣泛應(yīng)用于水聲環(huán)境中不同信號(hào)要求的通信設(shè)備，同時(shí)提高喚醒電路的檢測(cè)性能，進(jìn)一步降低電路的能耗，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的能量利用率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面，是提供一種用于水聲通信的兩級(jí)喚醒電路，該兩級(jí)喚醒電路分別與接收節(jié)點(diǎn)和接收換能器相連，所述接收換能器通過(guò)發(fā)送換能器與發(fā)送節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所述兩級(jí)喚醒電路包括信號(hào)預(yù)處理模塊和單片機(jī)模塊；所述信號(hào)預(yù)處理模塊與所述接收換能器相連，所述信號(hào)預(yù)處理模塊持續(xù)對(duì)通信信道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)所述接收換能器將喚醒信號(hào)輸入至信號(hào)預(yù)處理模塊時(shí)，對(duì)接收到的喚醒信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的喚醒信號(hào)發(fā)送到所述單片機(jī)模塊；所述單片機(jī)模塊根據(jù)預(yù)設(shè)電壓閾值對(duì)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值時(shí)，則對(duì)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)進(jìn)行有效性判斷，并產(chǎn)生兩路信號(hào)，一路為用于喚醒所述接收節(jié)點(diǎn)的中斷信號(hào)，另一路為對(duì)預(yù)處理后的喚醒信號(hào)進(jìn)行識(shí)別處理后的輸出信號(hào)。