水下指挥系统的制作方法

本发明涉及水声通信技术领域，尤其是涉及一种水下指挥系统。

背景技术：

水下作业常见于援潜救生、沉船打捞、水下工程建设、科学实验以及水底资源开发等工作中，包括水下切割、水下焊接、水下探摸检测、水下敷设管道线缆、水下爆破、水下堵漏、水下搜救等。水下作业需要通过潜水员或水下作业机械来完成，尤其是潜水员在水下作业中有着不可替代的作用。因此潜水员的救援信息获取，语音通信指挥，潜水员、潜航器的位置信息获取，在水下作业中是非常关键的，这与水下作业效率和成功与否有着紧密的关系。

而现有潜水员装备难以满足现代水下作业对快速、高效、省时、省力的要求。目前潜水员装备的零散现象严重，潜水员装备的综合集成度低，信息化建设差距较大，尤其是水下作业信息与水面信息系统没有有效链接，难以达成潜水员与水面指挥机构之间的互联互通。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水下指挥系统，以增强潜水员装备的指挥通联能力，从而提高潜水员水下作业的能力，提升作业效率及成功率。

本发明实施例提供了一种水下指挥系统，包括前出指挥终端和潜水员装备，所述前出指挥终端设置在前出船只上；

所述前出指挥终端包括水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控终端，所述前出指挥显控终端包括复分接单元、前出指挥显控单元和前出语音模块；所述复分接单元分别与所述水下定位接收设备、所述水面接收机和所述前出指挥显控单元连接，所述前出语音模块与所述前出指挥显控单元连接；

所述潜水员装备包括水下引导定位设备和水下通信机；所述水下引导定位设备与所述水下定位接收设备相匹配，所述水下通信机与所述水面接收机通信连接；

所述水下引导定位设备用于发送应答信号至所述水下定位接收设备，所述水下定位接收设备用于基于所述应答信号获取所述潜水员装备的水下定位数据；所述复分接单元用于对接收的数据进行协议转换，所述前出指挥显控单元用于运行显控软件，所述前出语音模块用于进行语音的接收与传送。

可选地，所述水下定位接收设备采用超短基线定位技术；所述水下引导定位设备包括信标和腕表。

可选地，所述水面接收机包括四频道水面接收机，所述四频道水面接收机采用水声通信技术与所述水下通信机进行通信。

可选地，所述前出指挥显控终端还包括与所述复分接单元连接的第一北斗定位模块，所述第一北斗定位模块用于获取所述前出船只的位置信息。

可选地，所述前出指挥显控终端还包括与所述复分接单元连接的第一自组网通信单元；所述水下指挥系统还包括岸基指挥终端，所述岸基指挥终端包括第二自组网通信单元；

所述前出指挥终端与所述岸基指挥终端分别通过所述第一自组网通信单元和所述第二自组网通信单元无线通信连接。

可选地，所述第一自组网通信单元和所述第二自组网通信单元均采用mesh通信协议和adhoc网络。

可选地，所述岸基指挥终端还包括网络设备、岸基指挥显控单元和岸基语音模块；所述第二自组网通信单元和所述岸基指挥显控单元分别与所述网络设备连接，所述岸基语音模块与所述岸基指挥显控单元连接；

所述网络设备用于将所述水下指挥系统接入互联网或局域网，所述岸基指挥显控单元用于运行显控软件，所述岸基语音模块用于进行语音的接收与传送。

可选地，所述岸基指挥终端还包括与所述网络设备连接的第二北斗定位模块；所述第二北斗定位模块用于获取岸基指挥机构的位置信息。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，水下指挥系统包括前出指挥终端和潜水员装备，前出指挥终端设置在前出船只上；前出指挥终端包括水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控终端，前出指挥显控终端包括复分接单元、前出指挥显控单元和前出语音模块；复分接单元分别与水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控单元连接，前出语音模块与前出指挥显控单元连接；潜水员装备包括水下引导定位设备和水下通信机；水下引导定位设备与水下定位接收设备相匹配，水下通信机与水面接收机通信连接；水下引导定位设备用于发送应答信号至水下定位接收设备，水下定位接收设备用于基于应答信号获取潜水员装备的水下定位数据；复分接单元用于对接收的数据进行协议转换，前出指挥显控单元用于运行显控软件，前出语音模块用于进行语音的接收与传送。水下通信机与水面接收机强化了水下通信手段；水下引导定位设备与水下定位接收设备通过精确定位，实现了精确、连续的水下作业单位的位置信息获取，通过水下信息的适时更新，实现了连续、无缝的实时监控；从而使潜水员与前出船只具备远程可靠的互联互通能力。因此，本发明实施例提供的水下指挥系统增强了潜水员装备的指挥通联能力，从而提高了潜水员水下作业的能力，提升了作业效率及成功率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种水下指挥系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种水下指挥系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行宽带通信的数据传输示意图；

图4为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行语音通信的数据传输示意图；

图5为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行定位导航的数据传输示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前水下作业信息与水面信息系统没有有效链接，难以达成潜水员与水面指挥机构之间的互联互通。基于此，本发明实施例提供的一种水下指挥系统，可以增强潜水员装备的指挥通联能力，从而缓解现代水下作业的要求。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例所公开的一种水下指挥系统进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的一种水下指挥系统的结构示意图，如图1所示，该水下指挥系统包括前出指挥终端和潜水员装备，前出指挥终端设置在前出船只上，潜水员装备由水下作业人员(如潜水员)配戴。

具体地，前出指挥终端包括水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控终端；水面接收机用于实现与水下潜水员之间的无线语音通信，前出指挥显控终端包括复分接单元、前出指挥显控单元和前出语音模块；复分接单元分别与水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控单元连接，前出语音模块与前出指挥显控单元连接。潜水员装备包括水下引导定位设备和水下通信机；水下引导定位设备与水下定位接收设备相匹配，水下通信机与水面接收机通信连接，水下通信机用于实现各潜水员之间、潜水员与后方指挥员之间的语音通信。水下引导定位设备用于发送应答信号至水下定位接收设备，水下定位接收设备用于基于应答信号获取潜水员装备的水下定位数据(潜水员在水下的位置信息)；复分接单元用于对接收的数据(模拟语音信息和异步串口数据)进行协议转换，前出指挥显控单元用于运行显控软件，前出语音模块用于进行语音的接收与传送。

可选地，水面接收机包括四频道水面接收机，四频道水面接收机采用水声通信技术与水下通信机进行通信。

具体地，将文字、语音等信息通过电信号转换成声信号，声信号通过水介质将信息进行传递。在通信距离内，采用真正vox(声音启动)特制芯片使得语音(话音)信号稳定、清晰，并且采用双工模式，潜水员之间可互相通话。

可选地，水下定位接收设备采用超短基线定位技术；水下引导定位设备包括信标和腕表，信标和腕表的体积均较小，方便潜水员携带。信标每隔设定时间(如每秒)发送一个声信号，腕表可以接收其他信标的声信号进行定位，水下定位接收设备也可以接收信标发送的声信号进行定位。

具体地，系统所有声单元(三个以上)，集中安装在一个换能器中，组成声基阵，声单元之间的相互位置精确测定，组成声基阵坐标系，声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系要在安装时精确测定，包括位置(x、y、z偏差)和姿态(声基阵的安装偏差角度：横摇、纵摇和水平旋转)。系统通过测定声单元的相位差来确定换能器到目标的方位(垂直和水平角度)；换能器与目标的距离通过测定声波传播的时间，再用声速剖面修正波束线确定距离。

可选地，前出指挥显控终端还包括与复分接单元连接的第一北斗定位模块，第一北斗定位模块用于获取前出船只的位置信息。这样前出船只的位置信息也可以共享给潜水员，实现了前出指挥显控终端的定位导航。

优选地，前出指挥显控终端采用复分接技术。语音、异步串口数据等通过复分接单元转换成一个标准的网络接入部件，屏蔽了各种接入设备的差异性。复分接单元硬件采用标准平台基础结构，利用软交换技术，采用超大规模架构专用集成电路，以高品质保障复分接单元的可靠运行。

本发明实施例中，水下指挥系统包括前出指挥终端和潜水员装备，前出指挥终端设置在前出船只上；前出指挥终端包括水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控终端，前出指挥显控终端包括复分接单元、前出指挥显控单元和前出语音模块；复分接单元分别与水下定位接收设备、水面接收机和前出指挥显控单元连接，前出语音模块与前出指挥显控单元连接；潜水员装备包括水下引导定位设备和水下通信机；水下引导定位设备与水下定位接收设备相匹配，水下通信机与水面接收机通信连接；水下引导定位设备用于发送应答信号至水下定位接收设备，水下定位接收设备用于基于应答信号获取潜水员装备的水下定位数据；复分接单元用于对接收的数据进行协议转换，前出指挥显控单元用于运行显控软件，前出语音模块用于进行语音的接收与传送。水下通信机与水面接收机强化了水下通信手段；水下引导定位设备与水下定位接收设备通过精确定位，实现了精确、连续的水下作业单位的位置信息获取，通过水下信息的适时更新，实现了连续、无缝的实时监控；从而使潜水员与前出船只具备远程可靠的互联互通能力。因此，本发明实施例提供的水下指挥系统增强了潜水员装备的指挥通联能力，从而提高了潜水员水下作业的能力，提升了作业效率及成功率。

考虑到岸基远程指挥中心难以直接指挥水下作业人员，和获取水下作业实施人员的位置等状态信息，协同作业能力与实际要求存在较大差距，现状亟需改变，如图2所示，前出指挥显控终端还包括与复分接单元连接的第一自组网通信单元；水下指挥系统还包括岸基指挥终端，岸基指挥终端包括第二自组网通信单元。前出指挥终端与岸基指挥终端分别通过第一自组网通信单元和第二自组网通信单元无线通信连接。这样实现了岸基指挥终端的宽带通信，解决了现有潜水员装备的综合集成度低，无法进行远程指挥，以及通信、协同作业能力弱的问题。

另外，在图2中，水面接收机采用四频道水面接收机，四频道水面接收机通过换能器接收水下通信机的信号。

可选地，第一自组网通信单元为宽带自组网通信单元，用于实现与岸基指挥终端的宽带传输；第二自组网通信单元为宽带自组网通信单元，用于实现与前出船只的宽带传输。第一自组网通信单元和第二自组网通信单元均采用mesh通信协议和adhoc网络。

具体地，岸基指挥终端和前出指挥终端采用具有无中心、自组织、多跳路由和动态拓扑特点的宽带自组网技术。第一自组网通信单元和第二自组网通信单元均采用mesh通信协议，在自组网中每一个节点既是终端也可以作为一个独立的路由器。自组网是自愈网，其连接可以跳跃断开的结点，如果网络中的一个结点损坏了并不影响其它网络节点的运行。网络运行可靠，在网络中起始点与目的点间有多个路径。自组网采用adhoc网络，不依赖基础网络设施，并采用分布式处理，由网络各个节点同步完成，从而提高网络抗干扰、抗故障能力。宽带自组网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。

如图2所示，上述岸基指挥终端还包括网络设备、岸基指挥显控单元和岸基语音模块；第二自组网通信单元和岸基指挥显控单元分别与网络设备连接，岸基语音模块与岸基指挥显控单元连接。网络设备用于将该水下指挥系统接入互联网或局域网，岸基指挥显控单元用于运行显控软件，岸基语音模块用于进行语音的接收与传送。这样实现了岸基指挥终端的语音通信。

进一步地，上述岸基指挥终端还包括与网络设备连接的第二北斗定位模块；第二北斗定位模块用于获取岸基指挥机构的位置信息。这样实现了岸基指挥终端的定位导航。

基于上述内容，可见本发明实施例提供的水下指挥系统，能够实现对潜水员连续的精确指挥和无缝的实时位置监控，能够大幅提高潜水员、前出船只、岸基指挥机构互联互通能力，提升作业能力。

应用本发明实施例提供的水下指挥系统进行宽带通信、语音通信、定位导航的具体流程如下：

a)宽带通信

图3为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行宽带通信的数据传输示意图，如图3所示，前出指挥终端的第一自组网通信单元通过复分接单元与前出指挥显控单元连接；岸基指挥终端的第二自组网通信单元通过网络设备与岸基指挥显控单元连接。在前出指挥终端和岸基指挥终端中，模拟数据、串口数据以及以太网数据均可通过自组网通信单元经无线信道进行双向传输，至指挥显控单元进行显示。

在无线通信中，收发天线高度h1(m)、h2(m)和视距d(km)之间存在以下近似关系：

本系统中，前出船只与岸基指挥机构之间通过无线宽带自组网通信设备(即第一自组网通信单元和第二自组网通信单元)进行信息传输，传输距离可通过以上公式进行计算。例如，前出船只天线架高约0.5米，岸基指挥机构天线架高约15米，通过以上公式，可计算出自组网通信设备在前出船只与岸基指挥机构之间传输距离为：

b)语音通信

图4为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行语音通信的数据传输示意图，如图4所示，语音通信流程如下：四频道水面接收机和第一自组网通信单元通过复分接单元与前出指挥显控单元连接；第二自组网通信单元通过网络设备与岸基指挥显控单元连接。潜水员通过水下通信机与前出指挥终端进行语音通信，同时前出指挥终端与岸基指挥终端通过各自的自组网通信单元经无线信道进行语音通信，实现语音信息通联。

c)定位导航

图5为本发明实施例提供的一种水下指挥系统进行定位导航的数据传输示意图，如图5所示，定位导航信息流程如下：水下定位接收设备、第一自组网通信单元、第一北斗定位模块通过复分接单元与前出指挥显控单元连接；第二自组网通信单元和第二北斗定位模块通过网络设备与岸基指挥显控单元连接。水下定位接收设备通过对信标定位而获取的潜水员位置信息，与前出指挥终端通过第一北斗定位模块获得的位置信息传输至前出指挥显控单元进行显示，并能够通过第一自组网通信单元传输至岸基指挥显控单元进行显示；同时岸基指挥终端的第二北斗定位模块获取位置信息后能够将信息传输至岸基指挥显控单元和前出指挥显控单元。

本发明实施例提供了一种远程便携式的水下指挥系统，包括岸基指挥终端、前出指挥终端、潜水员装备；前出指挥终端包括水下定位接收设备、四频道水面接收机、前出指挥显控终端；潜水员装备包括水下引导定位设备、水下通信机。四频道水面接收机和水下通信机强化了水下通信手段，同时预留与现有装备的通信、控制接口。水下定位接收设备和水下引导定位设备通过精确定位，实现精确、连续的精确控制，通过水下信息的适时更新，实现连续、无缝的实时监控。岸基指挥终端和前出指挥终端的自组网采用adhoc网络，不依赖基础网络设施，并采用分布式处理，由网络各个节点同步完成，能够提高网络抗干扰、抗故障能力，从而使潜水员、前出船只、岸基指挥机构互联互通能力大幅提高(即具备远程可靠的互联互通能力)。因此，本发明实施例解决了现有潜水员装备的综合集成度低，指挥通联、协同作业能力弱的问题。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。