一种水下长波通信中继站的信息转发控制方法和系统

文档序号:25991269发布日期:2021-07-23 21:02阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,该信息转发控制系统主要由岸站(1)、水下中继站(2)和auv端通信单元(3)组成;

所述岸站(1)为auv的远程控制中心,通过长波实现超远距离通信所述水下中继站(2);所述水下中继站(2)负责auv和岸站(1)间的信息转发;所述auv端通信单元(3)负责auv和水下中继站(2)间的通信,包括水声通信和直连通信两种通信方式;

所述岸站(1)主要由发射机a(4)、天线(5)和控制平台(6)组成;所述控制平台(6)、发射机a(4)和天线(5)通过导线依次串联;

所述水下中继站(2)主要由桅式天线(7)、发射机b(8)、密封舱(9)、锂电池电源(10)、收发合置电路(11)、滤波放大电路(12)、调制电路(13)、解调电路(14)、水声换能器a(15)、控制系统电路(16)、水下直连母口(17)、数字阀门(18)、气罐(19)、过孔钢板(20)、支撑架(21)和主气管(22)组成;

所述控制系统电路(16)通过导线分别与锂电池电源(10)、调制电路(13)和解调电路(14)直接相连;水声换能器a(15)、水下直连母口(17)和数字阀门(18)使用导线和防水胶通过密封舱(9)顶部或底部与控制系统电路(16)相连,其中水下直连母口(17)用于连接的导线为母口导线(32);所述调制电路(13)、发射机b(8)、收发合置电路(11)通过导线依次相连;所述解调电路(14)、滤波放大电路(12)、收发合置电路(11)通过导线依次相连;所述收发合置电路(11)和桅式天线(7)通过导线直接相连;所述水下直连公口(23)和水声换能器b(24)分别通过导线与auv系统相连,其中水下直连公口(23)用于连接的导线为公口导线(37);

所述水下直连母口(17)主要由push-push机械结构(26)、防水硬壳(27)、橡胶圈a(28)、分气管(29)、气管合置器(30)、导线接触片a(31)和母口导线(32)组成;气管合置器(30)与主气管(22)相连,气管合置器(30)通过分气管(29)与防水硬壳(27)相连;防水硬壳(27)上缘设有橡胶圈a(28),其内壁固定有push-push机械结构(26),其一侧面设有导线接触片a(31);导线接触片a(31)与母口导线(32)相连;所述水下直连公口(23)主要由防水顶盖(33)、橡胶圈b(34)、导线接触片b(35)、气嘴(36)和公口导线(37)组成;防水顶盖(33)的上表面设有两个气嘴(36),防水顶盖(33)下表面与导线接触片b(35)相连,导线接触片b(35)进一步与公口导线(37)连接;防水顶盖(33)的下表面安装有橡胶圈b(34);

所述水下直连母口(17)通过主气管(22)与数字阀门(18)相连,所述数字阀门(18)与气罐(19)直接相连;所述水下直连母口(17)通过母口导线(32)穿过密封舱(9)顶部与控制系统电路(16)相连;所述桅式天线(7)通过导线穿过密封舱(9)底部与收发合置电路(11)相连;所述水声换能器a(15)和数字阀门(18)分别通过导线穿过密封舱(9)底部与控制系统电路(16)相连;

所述气罐(19)内部压缩的气体依次通过主气管(22)、气管合置器(30)和分气管(29)到达水下直连母口(17),用于排除水下直连母口(17)内部海水形成气穴保证水下直连母口(17)和水下直连公口(23)连接时不发生短路;

所述锂电池电源(10)、收发合置电路(11)、滤波放大电路(12)、调制电路(13)、解调电路(14)和控制系统电路(16)放置于密封舱(9)内部;所述密封舱(9)固定在过孔钢板(20)的上两层钢板之间,以第二层钢板作为承重支撑架;所述水声换能器a(15)固定在第二层钢板底部;所述水下直连母口(17)镶嵌在第一层钢板内;所述气罐(19)固定在第三层钢板上;所述支撑架(21)由四根中空钢管和四根防水角铁组成,四根中空钢管支撑固定过孔钢板(20)的三层钢板,四根防水角铁呈外八结构稳定支撑整个水下中继站(2);

所述auv端通信单元(3)主要由水下直连公口(23)和水声换能器b(24)组成。

2.根据权利要求1所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述桅式天线(7)固定安装在过孔钢板(20)第三层钢板上;桅式天线(7)呈桅式结构,长度为几百米,两端通过多根纤绳(25)牵引;所述纤绳(25)一端与桅式天线(7)连接,另一端与过孔钢板(20)第二层钢板连接,用于将长波信号转为电信号。

3.根据权利要求1或2所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述过孔钢板(20)由三层钢板组成,每块钢板有均匀的过孔,在水下中继站(2)布置过程中减少海水的阻力;同时作为密封舱(9)、水声换能器a(15)、水下直连母口(17)和气罐(19)的固定架;为了使水下中继站(2)更加稳固,在第三层钢板上压上重物使得水下中继站(2)中心下移。

4.根据权利要求3所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述水声换能器a(15)和水声换能器b(24)用于电信号和声信号之间的转换;所述滤波放大电路(12)用于桅式天线(7)输入的电信号,消除长波或者声波传输过程中的环境噪声和多途传播干扰同时增强电信号;所述调制电路(13)用于将数字信号调制成电信号,所述解调电路(14)用于将电信号解调成数字信号;所述控制系统电路(16)负责水下中继站(2)的信息收发处理和其他逻辑业务;所述数字阀门(18)是气罐(19)的控制开关,由控制系统电路(16)控制开关工作。

5.根据权利要求1、2或4所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述push-push机械结构(26)与sd卡的卡槽结构相同,首次触发时会锁死,再次触发时会复位。

6.根据权利要求5所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述防水顶盖(33)呈倒“凹”型结构,由一个顶部硬片和两片垂直硬片形成一体,其中一片垂直硬片存在豁口,在水下直连公口(23)插入水下直连母口(17)时嵌合push-push机械结构(26)的突出部件,触发push-push机械结构(26)。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的水下长波通信中继站的信息转发控制系统,其特征在于,所述气嘴(36)只能单向导通,气体或者海水只能自下而上通过,自上而下的海水无法通过。

8.一种水下长波通信中继站的信息转发控制方法,其特征在于,该信息转发控制方法基于水下长波通信中继站的信息转发控制系统实现;

岸站(1)对auv实现超远距离通信控制流程如下:

1)工作人员的指令通过控制平台(6)下达并转换为数字信号,数字信号经过发射机a(4)转换成电信号,电信号通过天线(5)转换成长波信号向外发送;

2)发出的长波信号在地球表面和电离层之间传播;桅式天线(7)接收到长波信号,将长波信号转换为电信号;电信号依次经过收发合置电路(11)和滤波放大电路(12),滤波放大电路(12)对电信号进行过滤环境噪声和去除多途传播干扰同时增强电信号;处理之后的电信号经过解调电路(14)转换成数字信号,数字信号输入控制系统电路(16)解析出任务指令实行相应业务操作;控制系统电路(16)将指令转换成数字信号经过水声换能器a(15)或水下直连母口(17)向auv转发;

3)auv通过auv端通信单元(3)接收并转换成数字信号,实现岸站(1)对auv的通信。

9.根据权利要求8所述的水下长波通信中继站的信息转发控制方法,其特征在于,水下中继站(2)使用水声通信与auv通信控制流程如下:

控制系统电路(16)将指令转换成数字信号,数字信号经过水声换能器a(15)转换成水声信号向外发送;水声换能器b(24)接收水声信号转换成数字信号发送到auv系统。

10.根据权利要求8所述的水下长波通信中继站的信息转发控制方法,其特征在于,水下中继站(2)使用直连通信与auv通信控制流程如下:

1)auv运动到水下中继站(2)附近将水下直连公口(23)竖直插入水下直连母口(17);插入时,水下直连公口(23)的豁口垂直硬片嵌合并带动push-push机械结构(26)的突出部件,首次触发push-push机械结构(26),使push-push机械结构(26)锁死;此时橡胶圈a(28)和橡胶圈b(34)受力紧密贴合,同时导线接触片a(31)和导线接触片b(35)紧密贴合;水下直连公口(23)和水下直连母口(17)形成一个密闭空间,空间内充满海水;

2)控制系统电路(16)通过导线控制数字阀门(18)开启,气罐(19)内部的高压空气依次通过主气管(22)、气管合置器(30)和分气管(29)到达水下直连母口(17)内部将所述密闭空间的海水压出,海水和高压空气自下向上通过气嘴(36)将海水压出;短暂时间后控制系统电路(16)通过导线控制数字阀门(18)关闭,海水由于重力自上而下压向气嘴(36),气嘴(36)自上而下无法通过,此时水下直连公口(23)和水下直连母口(17)的密闭空间充满空气没有海水,保证后续直连通信时不会发生短路;

3)控制系统电路(16)将任务转换成数字信息,数字信号通过水下直连母口(17)和水下直连公口(23)向auv系统通信;

4)完成通信后auv控制水下直连公口(23)向下用力,再次触发push-push机械结构(26),push-push机械结构(26)复位,水下直连母口(17)和水下直连公口(23)断开连接。


技术总结
本发明属于水下通信领域,提供了一种水下长波通信中继站的信息转发控制方法和系统,由岸站、水下中继站和AUV端通信单元;岸站为AUV的远程控制中心,通过长波实现超远距离通信水下中继站;水下中继站负责AUV和岸站的信息转发;AUV端通信单元负责AUV和水下中继站之间的通信,包括水声通信和直连通信两种通信方式;本方法和系统联合利用长波通信、水声通信/直连通信实现岸站超远距离通信AUV,水下中继站提供直连高速通信手段和远程水声通信手段,通过可水下插拔通信接口实现高速的通信要求,节约了通信时间和AUV能耗。

技术研发人员:朱明;覃振权;潘进豪;罗钟铉;王雷;喻之凯;于汛;徐磊
受保护的技术使用者:大连理工大学
技术研发日:2021.05.14
技术公布日:2021.07.23
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