水下自组网通信系统的制作方法

本实用新型涉及水声通信技术领域，尤其涉及一种水下自组网通信系统。

背景技术：

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段，同时也是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，气候变化海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输。

但是由于水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣，而且常规的电磁波传输在水下衰减很大，在水中传播很远距离要求很高的传输能量和很长的天线，通常很难实现，声波是目前唯一能在水介质中进行长距离传输的能量形式，因此采用声波作为信息传送载体是目前水下无缆通信的主要方式；现有的水声通信网络节点有限且无法拓展，使传输距离受到很大限制，严重影响水下监测作业的效率和质量。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的解决了水下通信无法远距离双向传输的技术问题。

为了实现上述技术问题，本实用新型提供了水下自组网通信系统。

本实用新型应用于水下监测，所述水下自组网通信系统包括：

岸基终端，设置于岸边，用于通过上位机下发指令信号和接收水下节点的反馈信号；

基站模块，设置于水面，与所述岸基终端连接，用于转发所述岸基终端与水下节点之间的信号；

所述水下节点包括:中间节点模块和子节点模块，设置于水下，其中，

所述中间节点模块，与所述基站模块连接，用于上报本端节点的反馈信号；

所述子节点模块，与所述中间节点模块连接，用于执行所述指令信号并上报本端节点的反馈信号；

所述岸基终端、基站模块、中间节点模块及子节点模块均连接至少一个换能模块，且依次双向无线水声通信。

可选地，所述换能模块包括信号接收端和信号发射端，所述信号接收端用于接收声信号，并将所述声信号转换成电信号，再将所述电信号传输至本端节点执行，或者由信号发射端转发至下一节点；

所述信号发射端用于接收来自本端节点的电信号，将所述电信号转换成声信号并将所述声信号传输至下一节点。

可选地，所述换能模块的信号发射端包括信号放大装置，所述信号放大装置用于从信号输入端接收电信号，将所述电信号放大并转换成声信号输出至下一节点。

可选地，所述岸基终端、基站模块、中间节点模块、子节点模块分别通过对应的双向信号传输接口连接所述对应的换能模块。

可选地，所述子节点模块按照不同水域深度设置，且直接或间接连接于所述基站模块。

可选地，所述子节点模块设置于同一深度水域层，且以所述中间节点模块在所述同一深度水域层的投影为起点呈射线状设置。

可选地，所述子节点模块以所述中间节点模块在所述同一深度水域层的投影为中心，按照第一预设距离，远离所述中心设置。

可选地，所述中间节点模块与所述基站模块按照第二预设距离设置；

所述中间节点模块包括仪器组件、沉底重块、浮球组件以及缆绳，所述缆绳连接所述仪器组件、沉底重块以及浮球组件。

可选地，所述岸基终端用于接收所述基站模块、所述中间节点模块以及所述子节点模块发出的信息，并显示所述基站模块、所述中间节点模块以及所述子节点模块的状态。

可选地，所述基站模块可搭载于水面无人艇或波浪滑翔器上。

本实用新型提供了水下自组网通信系统，通过换能模块与系统中各模块的对应设置，可以在水下深度和广度两个维度进行任意组网，实现水下无线通信远距离的双向传输。

附图说明

本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例中的水下自组网通信系统结构示意图；

图2是本申请实施例中的换能模块结构示意图；

图3是本申请实施例中的水下自组网通信系统第一组网结构示意图；

图4是本申请实施例中的水下自组网通信系统第二组网结构示意图；

图5是本申请实施例中的水下自组网通信系统第三组网结构示意图；

图6是本申请实施例中的中间节点模块结构示意图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系为：

11-岸基终端；21-基站模块；31-中间节点模块；41-子节点模块；511-第一换能模块；512-第二换能模块；513-第三换能模块；514-第四换能模块；515-第五换能模块；611-换能模块信号接收端；612-换能模块信号发射端；6121-信号放大装置；411-第一子节点模块；412-第二子节点模块；711-浮球组件；712-传感器；713-沉重底块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1，本实用新型的水下自组网通信系统结构示意图，本申请应用于水下监测。在本实用新型实施例中，构建了一种水下自组网通信系统，所述系统包括：岸基终端11，设置于岸边，用于通过上位机下发指令信号和接收水下节点的反馈信号；基站模块21，设置于水面，与岸基终端11连接，用于转发岸基终端11与水下节点之间的信号；水下节点包括:中间节点模块31和子节点模块41，设置于水下，其中，中间节点模块31与基站模块21连接，用于上报本端节点的反馈信号；子节点模块41，与中间节点模块31连接，用于执行所述指令信号并上报本端节点的反馈信号；岸基终端11、基站模块21、中间节点模块31及子节点模块41均连接至少一个换能模块，且依次双向无线水声通信。中间节点模块31可有一级或者多级，一个连接中间节点模块31可连接若干个子节点模块41。换能模块方位垂直向上。其中，岸基终端11、基站模块21、中间节点模块31及子节点模块41均为该水下自组网通信系统中的网络节点。子节点模块41为自主式水下航行器。所述反馈信号包括各个网络节点的运行状况、执行指令结果以及自主式水下航行器获取图片。

在本实用新型实施例中，岸基终端11通过第一接口连接第一换能模块511，基站模块21通过第二接口连接第二换能模块512，中间节点模块通过第三接口连接第三换能模块513，子节点模块通过第四接口连接第四换能模块514，第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口为双向信号传输接口，具体的，双向信号传输接口为rs232接口。岸基终端11、基站模块21、中间节点模块31及子节点模块41均通过第一换能模块511、第二换能模块512、第三换能模块513和第四换能模块514来进行水声无线通信。

在本实用新型实施例中，自组网通信系统的可拓展结构以及换能模块的双向传递信号作用，使本申请的水下自组网通信系统可以在实际应用中结合水域状况进行深度以及广度的扩展，实现水底信号的远距离双向传送。

进一步地，参照图2，本实用新型换能模块结构示意图，换能模块包括信号接收端611和信号发射端612，信号接收端611用于接收声信号，并将声信号转换成电信号，再将该电信号由本地端点来执行或者信号发射端612转发至其它节点，本地端点即为与该换能模块连接的岸基终端11、基站模块21、中间节点模块31或子节点模块41；对应的，信号发射端612则接收本端节点的电信号，将所述电信号转换成声信号，并将声信号传输至其它节点。与当前换能模块连接是本端节点，其它节点是除了本端节点之外的节点，例如当中间节点模块31作为本端节点，则岸基终端11、基站模块21及子节点模块41为其它节点。

在本实施例中，与中间节点模块31连接的第三换能模块513接收到声信号之后，将声信号转换成电信号，中间节点模块31或执行电信号，或通过第三换能模块513的所述信号发射端612将电信号转化为声信号，转发该声信号给子节点模块41对应的第四换能模块514或基站模块21对应的第二换能模块512。经过子节点模块41的第四换能模块514放大的电信号转换成声信号后从信号输出端612传输至中间节点模块31，并被中间节点模块31的第三换能模块513所接收，实现信号能够更远距离的依次传递。

进一步地，在本实用新型实施例中，参照图3，多个子节点模块41按照不同水域深度设置，图3中h0表示水面，h01、h1、h2表示不同的水域深度，其中，h1与h11为同一水域深度，h2与h21为同一水域深度。

在本实用新型实施例中，多个子节点模块设置于不同水域深度，设置于h1水域深度的第一子节点模块411直接连接于位于水面h0的基站模块21，基站模块21连接第二换能模块512，第二换能模块512设于水域深度h01；设置于h2水域深度的第二子节点模块412通过第一子节点模块411间接连接于基站模块21。

在实际水下监测中，第二子节点模块412通过第五换能模块515将信号传通过第四换能模块514传递给第一子节点模块411，或通过第四换能模块514将信号通过第二换能模块512传递给基站模块21。在本实用新型实施例中，子节点模块的数量任意选择，且任何一个子节点模块与换能模块对应设置，通过换能模块的双向信号传递实现自由组网，进而实现水深维度的拓展，使水域信息采集以及水下作业更加灵活和多样。

进一步地，在本实用新型实施例中，参照图4，子节点模块41设置于同一深度水域层，多个子节点模块以中间节点模块31在该深度水域层的投影为起点呈射线状设置，第一子节点模块411通过第四换能模块514将声信号传递第三换能模块513，第三换能模块513将该声信号转换成电信号传递给中间节点模块31，或者，第一子节点模块411通过第四换能模块514将声信号传递给第二换能模块512，第二换能模块512将该声信号转换成电信号传递给基站模块21。同样的，第二子节点模块412通过第五换能模块515进行与上述第一子节点模块411同样的信号传输。并且在同一平面，多个子节点模块可以沿任意方向呈射线状发散设置，实现通讯网络在水域传输范围的拓展。

进一步地，在本实用新型实施例中，参照图5，子节点模块41设置于同一深度水域层h1，并以中间节点模块31在同一深度水域层h2的投影为中心，按照第一预设距离，远离该中心设置，该预设距离根据实际检测作业需求的通讯范围具体设定。具体的，第一子节点模块411通过第四换能模块514将声信号传递给第三换能模块513，第三换能模块513将该声信号转换成电信号传递给中间节点模块31，或者，第一子节点模块411通过第四换能模块514将声信号传递给第二换能模块512，第二换能模块512将该声信号转换成电信号传递给基站模块21，或者，第一子节点模块411通过第四换能模块514将声信号传递给第五换能模块515，第五换能模块515将该声信号转换成电信号传递给第二子节点模块412。且可以设置多个子节点模块，通过多个子节点模块对应设置的换能模块实现双向信号传输，实现在同一水域深度广度范围的拓展。

进一步地，在本实用新型实施例中，参照图6，中间节点模块31与基站模块31按照第二预设距离设置，中间节点模块31包括仪器组件、沉底重块713、浮球组件711以及缆绳，缆绳连接仪器组件、沉底重块713以及浮球组件711；仪器组件包括传感器712，其中传感器712包括温盐深传感器、海水甲烷传感器、海水co2传感器、水下阴离子传感器、海水总碱度传感器、放射性原位监测传感器、臭氧原位监测传感器、水质多参数传感器、硝酸盐传感器、藻类荧光传感器、浊度传感器、甲烷传感器、溶解氧传感器或/和声学多普勒流速仪。所述反馈信号还包括传感器获得数据。沉底重块713与仪器组件713之间的距离在10米以上，如果水深度更大，可以放宽到30米。

在本实用新型实施例中，温盐深传感器可以获得中间节点模块31附近水域的温度、深度及盐度参数信息，这些信息通过中间节点模块31的反馈信号回传至岸基终端。中间节点模块31与自主式水下航行器按照预设距离设置，通过温盐深传感器对自主式水下航行器的位置进行检测，并通过第三换能模块513与自主式水下航行器相通讯，实现多个自主式水下航行器的精准定位，同时，将自主式水下航行器的位置信息反馈至岸基终端11，作为岸基终端11发出指令的参考信息。通过实时精准定位，在多个自主式水下航行器协同组网的情形下，可以高效的完成复杂水域的多方位监测。

进一步地，岸基终端11用于接收基站模块21、中间节点模块31以及子节点模块41发出的信息，并显示基站模块21、中间节点模块31以及子节点模块41的状态。

在本实用新型实施例中，岸基终端可以为人机交互界面，通过上位机下发指令信号和接收水下节点的反馈信号的同时实时显示水下各模块的状态并实现通讯系统的远程操作。

进一步地，基站模块21可搭载于水面无人艇或波浪滑翔器上。且水面无人艇或波浪滑翔器的数量可以根据实际水下监测范围进行配置，可构建由多个自主式水下航行器组队监测的自组网通信系统，在横向距离以及纵向深度上实现有效通讯。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，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实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。