一种可升降的通信中继系统及方法
【专利摘要】本发明提出了一种可升降的通信中继系统和方法，用于完成水下用户与地面控制中心间的信息交互，该系统包含：用于水下用户与地面控制中心之间的信息收发的天线舱；用于控制天线舱在水下上浮或下潜及管理水下和地面用户的中继控制舱；和用于具体实施天线舱升降动作的升降装置；其中，所述天线舱包含第一水声调制解调器和天线舱顶部的卫星通信终端，所述第一调制解调器与位于水下的中继控制舱进行双向无线水声通信，所述卫星通信终端通过无线的方式与地面控制中心之间进行数据或指令的交互；所述升降装置在所述中继控制舱的控制下实现天线舱在水下的上浮或下潜；所述中继控制舱管理水下和地面用户之间的数据传输，并通过水声无线通信监控天线舱的深度和姿态数据控制升降装置的工作和停止。
【专利说明】一种可升降的通信中继系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于完成水下用户与地面用户之间信息交互的通信系统，具体涉及一种可升降的通信中继系统及方法。
【背景技术】
[0002]电磁波是空气中最主要的无线通信信息载体，但电磁波能量在水中会迅速衰减，不能远距离传播。水下一般采用水声通信方式。因此进行水面上和水面下的信息交互，需要实现电声信号的转换，这是目前技术的一个短板。现有的解决办法是依靠海洋水下潜标系统，或是通过预先设定的程序，自主进行各种传感器数据的采集存储，待将潜标系统打捞上来才能获取数据；或是通过岸站提供潜标系统动力，以有线电缆方式与岸站进行数据交互。前者的优点是隐蔽性好，不易被水面船只破坏，缺点是工作不够机动灵活，数据实时性不强；后者的优点是数据实时性强，随时通过岸站控制潜标系统的工作状态，缺点是布设成本高，后期维护困难。这两种办法都不能从根本上解决以上问题。经过调研，目前并没有一种通用设备能够通过电声转换实现水下与地面用户数据交互。
[0003]值得注意的是，在专利CN.102167136A中，公开了一种海洋升降潜标系统，其目的是采集海洋环境参数，实时向地面岸站传输。在该系统中，浮标通过通信缆连接水下绞车，绞车上的控制中心控制浮标定时浮出和潜入海中。浮标浮出海面时，将控制中心采集的海洋参数传输给地面岸站。这种方式有效解决了海洋观测数据向地面岸站实时传输的问题，但在水面上和水面下信息交互方面，仍存在以下缺陷:
[0004]1.水下绞车与浮标通过有线电缆相连，成本较高、电缆易损、易缠绕，有可能造成的后果就是升降寿命减少；
[0005]2.在浮标浮出和潜入海中的过程中，系统功耗较高，频繁升降工作的续航能力不足；
[0006]3.仅实现水下向地面岸站的数据传输，需要在布设前明确时间任务，并凭借其进行工作，地面岸站没有对水下用户进行遥控指挥，缺乏使用的灵活性；
[0007]4.海洋领域常需多标联合协同工作。这种发明每标独立，不便水下组网。只能升出水面,通过地面站间接组网协同,可行性、实时性较差。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可升降的通信中继系统及方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明提供的一种可升降的通信中继系统用于完成水下用户与地面控制中心之间的信息交互，所述系统包含:
[0010]用于完成水下用户与地面控制中心之间信息收发的天线舱；
[0011]用于控制天线舱在水下上浮或下潜及管理水下和地面用户的中继控制舱；和
[0012]用于具体实施天线舱升降动作的升降装置；[0013]其中，
[0014]所述天线舱包含第一水声调制解调器和天线舱顶部的卫星通信终端，所述第一调制解调器与位于水下的中继控制舱进行双向无线水声通信，所述卫星通信终端通过无线的方式与地面控制中心之间进行数据或指令的交互；
[0015]所述升降装置在所述中继控制舱的控制下实现天线舱在水下的上浮或下潜；
[0016]所述中继控制舱通过水声无线通信监控天线舱的深度和姿态数据，并依据天线舱的深度和姿态数据控制升降装置的工作和停止，进而改变天线舱在水中所处的位置；此外该模块还用于管理水下用户和地面用户进行数据传输。
[0017]上述技术方案中，所述天线舱进一步包含:水密电子仓、电池组件、卫星通信终端、第一水声调制解调器和天线主控模块；
[0018]所述卫星通信终端设置于天线舱的顶部且与所述天线主控模块相连接；所述第一水声调制解调器与天线主控模块通过串行接口相连；
[0019]所述天线主控模块包含数据传输模块，控制天线舱与地面用户之间指令和数据的发送、接收、解码和存储，以及天线舱与中继控制舱之间的无线水声数据传输。
[0020]此外，所述天线主控模块还包含:供电控制模块和状态监测模块；
[0021]所述供电控制模块用于天线舱所有设备的电源管理，当天线舱到达水面，需要与地面用户进行数据通信时，供电控制模块控制卫星通信终端和第一水声调制解调器上电；当天线舱潜入水下后，天线舱进入省电模式，关断卫星通信终端和第一水声调制解调器的电源；
[0022]所述状态监测模块用于天线舱工作状态参数的采集和监测，保证天线舱工作正常稳定。
[0023]上述技术方案中，所述中继控制舱进一步包含:水密电子仓、中继主控模块、电池组件、第二水声调制解调器和第三水声调制解调器；
[0024]所述第二水声调制解调器和第三水声调制解调器分别与所述中继主控模块通过串行接口相连接；所述升降装置包含的电机结构与所述中继主控模块通过电缆连接。
[0025]上述技术方案中，所述升降装置进一步包含:电机机构、绞盘、绳索和大浮球；
[0026]所述大浮球和天线舱分别系于绳索的两端，所述电机机构与绞盘联动，所述中继控制舱通过中继控制水密电子仓内部的中继主控模块控制电机机构和绞盘收放绳索，驱动天线舱进行上浮或下潜。
[0027]上述技术方案中，所述中继主控模块进一步包含:
[0028]用户管理模块，用于管理水下和地面的用户终端；
[0029]数据传输模块，用于管理水下用户终端与地面用户终端之间形成上下行通信链路，传输数据或者指令信息；
[0030]时间表管理和执行模块，用于管理和执行时间任务，定时控制天线舱的上浮和下潜，并定时与水下用户和地面用户进行数据传输；
[0031]升降控制模块，该升降控制模块能够驱动升降装置实现天线舱在海中的下潜与上浮;
[0032]其中，所述升降控制模块进一步包含:
[0033]监测子模块，用于实时监测天线舱在水下的深度和姿态数据，并将该数据输出；[0034]判断子模块，用于判断监测子模块的输出深度信息，依据预先设定的深度门限值和姿态数据决定天线舱的下潜或者上浮；和
[0035]驱动子模块，用于当天线舱需要下潜或上浮时，通过控制电机机构的驱动电流来驱动绞盘的正向或反向转动，放出或收紧与大浮球相连的绳索，最终实现天线舱的下潜和上浮。
[0036]基于上述方法本发明还提供了一种可升降的通信中继方法，该方法用于完成水下用户与地面控制中心之间的信息交互，所述方法包含:
[0037]用于建立上下行通信链路的步骤；
[0038]用于基于建立的上下行通信链路进行数据或指令传输的步骤；
[0039]用于删除已经建立的链路的步骤；
[0040]其中，所述上下行通信链路为:地面控制中心-卫星通信终端一天线主控模块一一第一水声调制解调器一第二水声调制解调器一中继主控模块一第三水声调制解调器一水下用户终端；且所述通信链路的建立通过天线舱的升降动作实现，所述升降动作由中继主控模块控制升降控制装置进而实现天线舱在水下的上浮和下潜。
[0041]上述技术方案中，所述中继控制舱驱动升降装置实现天线舱在水下的下潜与上浮，当天线舱需要下潜或上浮时，中继控制舱通过控制电机机构的驱动电流来驱动绞盘的正向或反向转动，放出或收紧与大浮球相连的绳索，最终实现天线舱的下潜和上浮。
[0042]上述技术方案中，所述中继控制舱还用于管理用户终端，具体包含管理水下用户的步骤和管理地面用户的步骤:
[0043]地面用户管理，天线舱浮出水面后，通过卫星通信终端向地面控制中心发送“工作状态具备申请”，地面控制中心进行响应，从而建立握手；此后通过数据传输模块进行中继系统和地面控制中心的双向数据交互；地面控制中心通过地面管理模块向中继主控模块注入时间任务；完成数据传输后，经卫星通信终端向地面控制中心发送“通信任务已完成”，地面控制中心向天线主控模块发送指令，将卫星通信终端和第一水声调制解调器断电，完成通信，天线舱等待下潜；
[0044]水下用户管理，辖区内每个水下用户都拥有一个预先分配的ID，水下用户管理通过串口或与串口相连的第三水声调制解调器以有线或无线方式实现与水下用户的通信；这种通信方式为一对多的广播模式或者是点对点模式；中继系统在海面布设完成后，用户管理模块向一个或多个水下用户发送指令和数据，水下用户还提出数据上行申请，将上行任务写入时间表，等待时间任务执行模块的处理；当天线舱浮出水面后，用户管理模块通过有线电缆或无线水声接口发送广播，通知辖区内所有水下用户“水面上和水面下数据传输条件具备”，水下用户可申请建立与地面控制中心的数据传输；用户管理模块向时间任务管理模块转发“水下用户与地面用户的通信申请”，随后等待时间任务执行模块处理此工作任务。
[0045]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0046]1.提出了一种通用通信中继系统的概念，搭建了水面上和水面下信息交互的桥梁，实现了电声通信的无缝连接，建立了 “水下用户通信中继系统地面控制中心”立体的数据通信网络；
[0047]2.提供了一种新型的升降方式，有效地降低了系统功耗，有利于系统小型化和提高水下频繁升降工作的续航能力；
[0048]3天线舱与中继控制舱之间通过绳索相连，有效提高升降装置的可靠性和寿命，并有利于降低成本；
[0049]4.通过通信协议和软件控制流程的设计，使得水下-地面的双向通信变得灵活高效；
[0050]5.本发明中设计了通用的水声通信接口，可与多个水下用户进行信息双向传输。便于水下用户组网，可以通过一个通信中继系统管理周围多个水下用户。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图Ι- a为本发明的布设状态示意图；
[0052]图Ι-b为本发明的上浮过程示意图；
[0053]图Ι-c为本发明的下沉过程示意图；
[0054]图2为水下用户、本发明的可升降的通信中继系统以及地面控制中心之间的数据流传输示意图；
[0055]图3为本发明的可升降的通信中继系统的原理组成和接口关系框图；
[0056]图4为本发明的可升降的通信中继系统组成结构框图；
[0057]图5为本发明实施例采用的天线主控模块的组成框图；
[0058]图6为本发明实施例采用的中继主控模块的组成框图。
[0059]附图标识:
[0060]1-天线舱、2-中继控制舱、 3-升降装置、
[0061]4-北斗通信终端、5-电池组件1、 6-天线主控模块、
[0062]7_环境测量设备、8_水声Modeml、 9_天线水密电子仓、
[0063]10-浮球、11-电池组件2、 12-中继主控模块、
[0064]13-水声Modem2、 14-水声Modem3、 15-中继控制水密电子仓、
[0065]16-电机机构、 17-绞盘、18-绳索、
[0066]19-大浮球、20-水下用户、 21-电缆。
【具体实施方式】
[0067]下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步阐述。
[0068]本发明实施例采用北斗通信终端作为无线电定位和通信设备，提供了一种可升降的通信中继系统，有效地解决了水面上和水面下信息传输的技术难点，并在一定程度上克服了专利CN.102167136A中系统功耗较高、工作模式不够灵活和升降装置可靠性不高的缺陷。
[0069]如图3所示，本发明提供的可升降的通信中继系统包含:天线舱、中继控制舱和升降装置。
[0070]天线舱由天线水密电子仓、电池组件、天线主控模块、北斗通信终端、环境测量设备(包括盐度、温度、深度、水流等)和水声Modeml组成。天线水密电子仓作为天线舱的密封结构仓体，内部承载电池组件1、天线主控模块和北斗通信终端。天线舱的顶部设置有北斗通信终端，内部设置有电池组件I和天线主控模块，底部设置有环境测量设备和水声Modeml,在天线舱的侧面安装有浮球。天线主控模块在天线舱中起核心控制作用。北斗通信终端与天线主控模块通过RS-232接口相连；环境测量设备与天线主控模块通过RS-422接口相连；水声Modeml与天线主控模块通过RS-232接口相连。当天线舱浮出海面时,天线主控模块通过顶端的北斗通信终端与地面控制中心通信，完成数据或指令交互。电池组件I为天线舱所有电子设备提供能源。天线舱外还安装有相应浮力的浮球。
[0071 ] 中继控制舱由中继控制水密电子仓、电池组件、中继主控模块、第二水声调制解调器(水声Modem2)和第三水声调制解调器(水声Modem3)组成。中继控制水密电子仓作为中继控制舱的密封结构仓体，内部承载电池组件2和中继主控模块。中继控制舱的内部设置有电池组件和中继主控模块，顶部设置有水声Modem2，侧部设置有水声Modem3。中继主控模块不仅是中继控制舱的控制中心，也是整个通信中继系统的控制中心。它通过升降装置控制天线舱的升降，并管理辖区内所有水下用户与地面控制中心的数据传输。中继主控模块与水声Modem2、水声Modem3通过RS-232接口相连。水声Modem2用于中继主控模块与天线舱的双向水声通信，水声Modem3用于中继主控模块与其他水下用户之间的双向水声通信。中继主控模块也可通过RS-485接口以有线电缆形式与水下用户相连，完成数据或指令传输。
[0072]升降装置包括电机机构、绞盘、绳索和大浮球)。大浮球和天线舱分别系于绳索的两端，电机机构与绞盘联动，中继控制舱通过中继控制水密电子仓内部的中继主控模块控制电机机构和绞盘收放绳索，驱动天线舱进行上浮或下潜。
[0073]下面对中继系统的升降方法和数据传输进行详细的论述。
[0074]1.通信中继系统天线舱的升降方法
[0075]本发明的升降装置没有采用传统的电机带动绞盘转动收放绳索的升降控制方式，而是采用了由电机机构、绞盘、绳索和大浮球组成的技术方案。
[0076]图Ι-a为布设状态。
[0077]图Ι-b为上浮过程。当天线舱需要上浮时，中继控制舱内的电机机构驱动绞盘转动，使得大浮球一端的绳索收紧，放出与天线舱连接的绳索，天线舱逐渐上浮；在这一过程中天线舱可不断采集环境数据，记录深度和姿态。中继控制舱内的中继主控模块通过水声无线通信监控天线舱的深度和姿态数据。当天线舱到达海面并保持稳定姿态后，中继主控模块控制绞盘停止转动，上浮过程结束。
[0078]图Ι-c为下潜过程。与上浮过程相反，当天线舱需要下潜时，中继控制舱内的电机机构驱动绞盘反向转动，使得天线舱一端的绳索收紧，放出于大浮球连接的绳索，天线舱逐渐下潜；在下潜过程中天线舱记录深度数据，当到达一定深度后，中继主控模块控制绞盘停止转动，下潜过程结束。
[0079]在天线舱下潜过程中，绳索一端大浮球提供的浮力降低了电机机构控制绞盘转动时消耗的能量，因此降低了系统升降的功耗。
[0080]2.通信中继系统的数据传输
[0081]如图2所示为水下用户、通信中继系统和地面控制中心之间的数据流示意图。在数据交互过程中，主要分为水面上通信和水面下通信两个部分。
[0082]水面上的通信环节包括天线舱、北斗导航卫星和地面控制中心。在天线舱浮出水面的情况下，其上的北斗通信终端通过北斗导航卫星与岸上控制中心之间进行通信。天线舱中的北斗通信终端还具有定位和授时功能，可以为水下和地面用户提供定位和时间信
肩、O
[0083]水面下的通信环节主要包括天线舱、中继控制舱、与中继控制舱以有线电缆形式连接的水下用户和与中继控制舱以无线水声接口形式连接的水下用户。当天线舱潜伏在水下时，中继控制舱内部的中继主控模块的作用是监控升降时间任务和管理水下用户。水下用户之间的数据传输和协同工作都是在中继主控模块的管理下完成的。若水下用户需要与岸上控制中心进行数据交互，需向中继主控模块提出申请。当天线舱在中继主控模块的控制下上浮至水面后，中继主控模块通过有线电缆或无线水声接口发送广播，通知辖区内所有水下用户“水面上和水面下数据传输条件具备”，水下用户可向中继系统申请建立与地面控制中心的数据传输。这里的水下用户是指潜标或浮标系统、水下通用仪器设备或者各种潜器。只要其具备匹配的通信接口，就可以采用本发明中的通信中继系统。
[0084]本发明提供的通信中继系统在海面布设完成后，进入潜伏值班状态。触发天线舱升降的激励方式有以下三种:一是布设前在中继主控模块中设定的时间任务；二是天线舱浮出水面后地面控制中心注入的上浮时间任务；三是水下用户向中继系统提出的上浮申请。
[0085]此外，现有技术的天线舱可以采用电机、绞盘和绳索实现在水下和水面的升降动作。绳索一端连接到绞盘，另一端连接到天线舱。中继主控模块通过控制电机驱动绞盘收缆和放缆可以实现天线舱的下潜和上浮。
[0086]可选的，本发明的天线舱包含的天线主控模块组成如图5所示，具体组成描述如下:
[0087]天线主控模块分为供电控制模块、数据传输模块和状态监测模块。
[0088]供电控制模块用于天线舱所有设备的电源管理，有利于降低天线舱电子系统的功耗。当天线舱到达水面，需要与地面用户进行数据通信时，供电控制模块控制北斗通信终端和水声Modeml上电(由于北斗通信终端和水声Modeml功耗较大，通常只有在天线舱和地面用户通信时才处于上电状态)。当天线舱潜入水下后，天线舱进入省电模式，关断北斗通信终端和水声Modeml的电源。
[0089]数据传输模块的功能是控制天线舱与地面用户之间指令和数据的发送、接收、解码和存储，以及天线舱与中继控制舱之间通过水声Modeml和水声Modem2的无线水声数据传输。
[0090]状态监测模块主要用于天线舱相关工作状态参数(如天线舱内部的温度、湿度，电池的剩余电量和天线舱所处深度等)的采集和监测，保证天线舱工作正常稳定。
[0091]可选的，本发明的中继控制舱内的中继主控模块的组成如图6所示，具体描述如下:
[0092]中继主控模块分为时间任务管理模块、时间任务执行模块、地面用户管理模块、水下用户管理模块、升降控制模块、数据传输模块、供电控制模块和状态监测模块。
[0093]时间任务管理模块的主要功能是进行时间表的管理。中继主控模块的任务调度完全是依据时间表来进行的。时间表按照优先级的高低存储了所有上行和下行设前预先设定，二是在天线舱浮出水面后由地面控制中心注入，三是通过水下用户向中继系统提出。
[0094]时间任务执行模块主要是用于实现时间表中的工作任务，按照时间先后、优先级次序依次执行。每个时间任务在执行完毕后从时间表中删除。
[0095]地面用户管理模块主要用于地面用户的管理。当天线舱浮出水面后，地面用户管理模块会通过北斗通信终端向地面控制中心发送“工作状态具备申请”，地面控制中心进行响应，从而建立握手。此后可以通过数据传输模块进行中继系统和地面控制中心的双向数据交互。地面控制中心也可以通过地面管理模块向中继主控模块注入时间任务。完成数据传输后，地面用户管理模块通过数据传输模块经北斗通信终端向地面控制中心发送“通信任务已完成”。地面控制中心可以向天线主控模块发送指令，将北斗通信终端和水声Modeml断电，完成本次通信。天线舱等待下潜。
[0096]水下用户管理模块主要用于管理辖区内的所有水下用户。辖区内每个水下用户都拥有一个预先分配的ID，水下用户管理模块可通过串口或与串口相连的水声Modem3以有线或无线方式实现与水下用户的通信。这种通信方式可以是一对多的广播模式或者是点对点模式。中继系统在海面布设完成后，水下用户管理模块可以向一个或多个水下用户发送指令和数据，水下用户也可以向水下用户管理模块提出数据上行申请，将上行任务写入时间表，等待时间任务执行模块的处理。当天线舱浮出水面后，水下用户管理模块通过有线电缆或无线水声接口发送广播，通知辖区内所有水下用户“水面上和水面下数据传输条件具备”，水下用户可申请建立与地面控制中心的数据传输。水下用户管理模块向时间任务管理模块转发“水下用户与地面用户的通信申请”，随后等待时间任务执行模块处理此工作任务。
[0097]升降控制模块的主要功能是驱动升降装置实现天线舱在海中的下潜与上浮。在天线舱需要下潜或上浮时，中继主控模块通过控制电机机构的驱动电流(正负、大小)来驱动绞盘的正向或反向转动，放出或收紧与大浮球相连的绳索，最终实现天线舱的下潜和上浮。在这个过程中，通过以下通信链路:天线主控模块中的状态监测模块——天线主控模块中的数据传输模块——水声Modeml——/K声Modem2——中继主控模块中的数据传输模块——升降控制模块，不断监测天线舱在海中的深度，当达到理想位置时，下潜或上浮结束。
[0098]数据传输模块的主要功能是实现中继控制舱与天线舱、中继控制舱与水下用户之间的数据交互。
[0099]供电控制模块的主要功能是中继控制舱内所有电子设备的电源管理，有利于降低系统功耗。当进入省电模式工作时，关闭外围不需要上电的设备。
[0100]状态监测模块主要用于中继控制舱相关工作状态参数(如内部的温度、湿度，电池的剩余电量等)的采集和监测，保证中继控制舱工作正常稳定。
[0101]实施例(如图4所示)
[0102]如下图所示，长方形实框内的部分即为可升降的通信中继系统，包括天线舱1、中继控制舱2和升降装置3。
[0103]天线舱I的天线水密电子仓9的顶部设置有北斗通信终端4，内部设置有电池组件5和天线主控模块6，底部设置有CTD7和水声Modeml8，在天线舱I的侧面安装有浮球
10。北斗通信终端4与天线主控模块6通过RS-232接口相连；CTD7与天线主控模块6通过RS-422接口相连；水声Modeml8与天线主控模块6通过RS-232接口相连。
[0104]中继控制舱2的中继控制水密电子仓15内部设置有电池组件11和升降主控模块12，顶部设置有水声Modem213 ;其侧面设置有水声Modem314，该水声水声Modem3用于完成水下用户与该中继系统的通信。所述升降主控模块12与水声Modem213通过RS-232接口相连。
[0105]升降装置3包括电机机构16、绞盘17、绳索18和大浮球19。
[0106]其中，所述中继控制舱2通过位于中继控制水密电子仓底部的电缆21与水下用户20进行有缆的数据交互，同时通过水声Modem3与其他水下用户进行水声通信。
[0107]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种可升降的通信中继系统，该系统用于完成水下用户与地面控制中心之间的信息交互，所述系统包含: 用于完成水下用户与地面控制中心之间的信息收发的天线舱； 用于控制天线舱在水下上浮或下潜及管理水下和地面用户的中继控制舱；和 用于具体实施天线舱升降动作的升降装置； 其中， 所述天线舱包含第一水声调制解调器和天线舱顶部的卫星通信终端，所述第一调制解调器与位于水下的中继控制舱进行双向无线水声通信，所述卫星通信终端通过无线的方式与地面控制中心之间进行数据或指令的交互； 所述升降装置在所述中继控制舱的控制下实现天线舱在水下的上浮或下潜； 所述中继控制舱通过水声无线通信监控天线舱的深度和姿态数据，并依据天线舱的深度和姿态数据控制升降装置的工作和停止，进而改变天线舱在水中所处的位置；此外该模块还用于管理水下用户和地面用户进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的可升降的通信中继系统，其特征在于，所述天线舱进一步包含:水密电子仓、电池组件、卫星通信终端、第一水声调制解调器和天线主控模块； 所述卫星通信终端设置于天线舱的顶部且与所述天线主控模块相连接；所述第一水声调制解调器与天线主控模块通过串行接口相连； 所述天线主控模块包含数据传输模块，控制天线舱与地面用户之间指令和数据的发送、接收、解码和存储，以及天线舱与中继控制舱之间的无线水声数据传输。 此外，所述天线主控模块还包含:供电控制模块和状态监测模块； 所述供电控制模块用于天线舱所有设备的电源管理，当天线舱到达水面，需要与地面用户进行数据通信时，供电控制模块控制卫星通信终端和第一水声调制解调器上电；当天线舱潜入水下后，天线舱进入省电模式，关断卫星通信终端和第一水声调制解调器的电源； 所述状态监测模块用于天线舱工作状态参数的采集和监测，保证天线舱工作正常稳定。
3.根据权利要求2所述的可升降的通信中继系统，其特征在于，所述中继控制舱进一步包含:水密电子仓、中继主控模块、电池组件、第二水声调制解调器和第三水声调制解调器； 所述第二水声调制解调器和第三水声调制解调器分别与所述中继主控模块通过串行接口相连接；所述升降装置包含的电机结构与所述中继主控模块通过电缆连接。
4.根据权利要求3所述的可升降的通信中继系统，其特征在于，所述升降装置进一步包含:电机机构、绞盘、绳索和大浮球； 所述大浮球和天线舱分别系于绳索的两端，所述电机机构与绞盘联动，所述中继控制舱通过中继控制水密电子仓内部的中继主控模块控制电机机构和绞盘收放绳索,驱动天线舱进行上浮或下潜。
5.根据权利要求4所述的可升降的通信中继系统，其特征在于，所述中继主控模块进一步包含: 用户管理模块，用于管理水下和地面的用户终端；数据传输模块，用于管理水下用户终端与地面用户终端之间形成上下行通信链路，传输数据或者指令信息；和 时间表管理和执行模块，用于管理和执行时间任务，定时控制天线舱的上浮和下潜，并定时与水下用户和地面用户进行数据传输； 升降控制模块，该升降控制模块能够驱动升降装置实现天线舱在海中的下潜与上浮； 其中，所述升降控制模块进一步包含: 监测子模块，用于实时监测天线舱在水下的深度，并将该深度值输出； 判断子模块，用于判断监测子模块的输出深度信息，依据预先设定的门限深度值决定天线舱的下潜或者上浮；和 驱动子模块，用于当天线舱需要下潜或上浮时，通过控制电机机构的驱动电流来驱动绞盘的正向或反向转动，放出或收紧与大浮球相连的绳索，最终实现天线舱的下潜和上浮。
6.一种可升降的通信中继方法，该方法用于完成水下潜标与卫星或地面控制中心之间的信息交互，所述方法包含: 用于建立上下行通信链路的步骤； 用于基于建立的上下行通信链路进行数据或指令传输的步骤； 用于删除已经建立的链路的步骤； 其中，所述上下行通信链路为:地面控制中心-卫星通信终端一天线主控模块——第一水声调制解调器一第二水声调制解调器一中继主控模块一第三水声调制解调器一水下用户终端；且所述通信 链路建立通过天线舱的升降动作实现，所述升降动作由中继主控模块控制升降控制装置进而实现天线舱在水下的上浮和下潜以及在水中的深度。
7.根据权利要求6所述的可升降的通信中继方法，其特征在于，所述中继控制舱驱动升降装置实现天线舱在水下的下潜与上浮，当天线舱需要下潜或上浮时，中继控制舱通过控制电机机构的驱动电流来驱动绞盘的正向或反向转动，放出或收紧与大浮球相连的绳索，最终实现天线舱的下潜和上浮。
8.根据权利要求6所述的可升降的通信中继方法，其特征在于，所述中继控制舱还用于管理用户终端，具体包含管理水下用户的步骤和管理地面用户的步骤: 地面用户管理时，天线舱浮出水面后，通过卫星通信终端向地面控制中心发送“工作状态具备申请”，地面控制中心进行响应，从而建立握手；此后通过数据传输模块进行中继系统和地面控制中心的双向数据交互；地面控制中心还通过地面管理模块向中继主控模块注入时间任务；完成数据传输后，经卫星通信终端向地面控制中心发送“通信任务已完成”，地面控制中心向天线主控模块发送指令，将卫星通信终端和第一水声调制解调器断电，完成通信，天线舱等待下潜； 水下用户管理，辖区内每个水下用户都拥有一个预先分配的ID，水下用户管理通过串口或与串口相连的第三水声调制解调器以有线或无线方式实现与水下用户的通信；这种通信方式为一对多的广播模式或者是点对点模式；中继系统在海面布设完成后，水下用户管理向一个或多个水下用户发送指令和数据，水下用户还提出数据上行申请，将上行任务写入时间表，等待时间任务执行模块的处理；当天线舱浮出水面后，水下用户管理通过有线电缆或无线水声接口发送广播，通知辖区内所有水下用户“水面上和水面下数据传输条件具备”，水下用户可申请建立与地面控制中心的数据传输；水下用户管理向时间任务管理模块转发“水下用户与地面用户 的通信申请”，随后等待时间任务执行模块处理此工作任务。
【文档编号】G08C17/02GK103427913SQ201210152691
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】张仁和, 韩一丁, 王德俊, 王海斌, 冯希强 申请人:中国科学院声学研究所