一种免供能空海双向通信系统

本发明属于信息，具体涉及一种基于电磁背向散射通信和水声背向散射通信的免供能空海双向通信系统。

背景技术：

1、电磁波和声波能够同时携带能量和信息，是实现无线通信的良好载体。在空气中，声波由于必须透过介质才能传播导致衰减很大，而电磁波因为不依赖介质广泛应用于空气无线通信。相反的，在水中，电磁波由于介质的吸收作用导致衰减很大，而声波可以依托水作为媒质广泛应用于水中无线通信。然而由于电磁波和声波分别只能在空气和水中进行远距离通信，单凭一种类型的波无法实现空海通信。近年来，通过水声引起水平面波动，将射频载波照射水平面后捕捉回波的状态变化，能够实现水中向空中的单向通信，然而该方法对环境影响尤其敏感，且无能实现空中向水中的通信。同时，虽然无线浮标能够实现空中和水中稳定的双向通信，但需要复杂的转换电路和外置电池以适应高频电磁波与低频声波的相互转换。

技术实现思路

1、技术问题：本发明的目的在于提供一种基于电磁背向散射通信和水声背向散射通信的免供能空海双向通信系统，通信流程简单，装置无须供能，可实现空中和水中的双向通信。

2、技术方案：本发明是一种免供能空海双向通信系统，该系统包括免供能装置和潜水器、飞行器；其中，免供能装置包括基于射频背向散射通信的免供能上行链路和基于水声背向散射通信的免供能下行链路；所述基于射频背向散射通信的免供能上行链路顺序包括上行压电换能器，上行阻抗变换器，上行天线；所述基于水声背向散射通信的免供能下行链路顺序包括下行天线，检波器，下行阻抗变换器和下行压电换能器。

3、其中，

4、所述的上行压电换能器接收水声调制信号的信号并转换为子载波电信号；子载波电信号送至上行阻抗变换器，由子载波电信号控制上行阻抗变换器的阻抗；所述的上行天线连接上行阻抗变换器接收射频载波信号并转换为射频背向散射信号送至飞行器。

5、所述的所述的下行天线接收射频调制信号并送至检波器，所述的检波器将接收的射频调制信号转换为基带电信号并送至下行阻抗变换器，由基带电信号16控制下行阻抗变换器的阻抗；所述的下行压电换能器连接下行阻抗变换器，接收水声载波信号，并转换为水声背向散射信号送至潜水器。

6、所述的上行链路将水声调制信号转换为射频背向散射信号，包括如下步骤：

7、步骤1.1：免供能装置中的上行压电换能器接收潜水器发射的水声调制信号，再转换为子载波电信号；

8、步骤1.2：子载波电信号接入上行阻抗变换器，并控制其阻抗变化；

9、步骤1.3：上行天线接收飞行器发射的射频载波信号；

10、步骤1.4：根据步骤1.2中上行阻抗变换器的阻抗变化，改变射频载波信号的状态，实现对子载波电信号的调制，使上行天线向飞行器反射射频背向散射信号。

11、所述的下行链路能够将射频调制信号转换为水声背向散射信号，包括如下步骤：

12、步骤2.1：免供能装置中的下行天线接收飞行器发射的射频调制信号；

13、步骤2.2：射频调制信号通过检波器转换为基带电信号；

14、步骤2.3：将基带电信号接入下行阻抗变换器，并控制下行阻抗变换器阻抗变化；

15、步骤2.4：下行压电换能器接收潜水器发射水声载波信号；

16、步骤2.5：根据步骤2.3中下行阻抗变换器的阻抗变化，改变水声载波信号的状态，实现对基带电信号的调制，使下行压电换能器向潜水器反射水声背向散射信号。

17、有益效果：本发明是一种基于电磁背向散射和水声背向散射的免供能空海双向通信装置和方法。与现有技术相比，本发明具有多个优点。首先，该装置使用被动通信方式，在空中和水中分别实现了免供能，避免了对装置的外部电源供应，降低了装置的成本和复杂度。其次，该装置能够实现空中和水中的双向通信，为海空的实时通信和联合侦测提供了可能。此外，该系统的技术实现成熟，具备很好的实用性和战略意义。在本发明中，空中通信和水中通信分别采用电磁背向散射和水声背向散射技术。具体地说，在空中通信方面，通过将空中的无线信号发送到装置上，并由装置进行反射，实现了信号的回传。在水中通信方面，通过向水中发送声波信号并由装置进行反射，实现了声波信号的回传。通过这种方式，空海之间可以实现双向通信，同时又避免了对装置的外部电源供应，从而提高了系统的可靠性和实用性。总的来说，该系统具有良好的实用性和战略意义，有望在未来的海空通信和联合侦测中得到广泛应用。

技术特征：

1.一种免供能空海双向通信系统，其特征在于，该系统包括免供能装置(1)和潜水器(9)、飞行器(10)；其中，免供能装置(1)包括基于射频背向散射通信的免供能上行链路和基于水声背向散射通信的免供能下行链路；所述基于射频背向散射通信的免供能上行链路顺序包括上行压电换能器(2)，上行阻抗变换器(3)，上行天线(4)；所述基于水声背向散射通信的免供能下行链路顺序包括下行天线(5)，检波器(6)，下行阻抗变换器(7)和下行压电换能器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种免供能空海双向通信系统，其特征在于，所述的上行压电换能器(2)接收水声调制信号(11)的信号并转换为子载波电信号(12)；子载波电信号(12)送至上行阻抗变换器(3)，由子载波电信号(12)控制上行阻抗变换器(3)的阻抗；所述的上行天线(4)连接上行阻抗变换器(3)接收射频载波信号(13)并转换为射频背向散射信号(14)送至飞行器(10)。

3.根据权利要求1所述的一种免供能空海双向通信系统，其特征在于，所述的下行天线(5)接收射频调制信号(15)并送至检波器(6)，所述的检波器(6)将接收的射频调制信号(15)转换为基带电信号(16)并送至下行阻抗变换器(7)，由基带电信号(16)控制下行阻抗变换器(7)的阻抗；所述的下行压电换能器(8)连接下行阻抗变换器(7)，接收水声载波信号(17)，并转换为水声背向散射信号(18)送至潜水器(9)。

4.根据权利要求2所述免供能空海双向通信系统，其特征在于，所述的上行链路将水声调制信号转换为射频背向散射信号，包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述免供能空海双向通信系统，其特征在于，所述的下行链路能够将射频调制信号转换为水声背向散射信号，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种免供能空海双向通信系统，该系统包括免供能装置(1)和潜水器(9)、飞行器(10)；其中，免供能装置包括基于射频背向散射通信的免供能上行链路和基于水声背向散射通信的免供能下行链路；所述基于射频背向散射通信的免供能上行链路顺序包括上行压电换能器(2)，上行阻抗变换器(3)，上行天线(4)；所述基于水声背向散射通信的免供能下行链路顺序包括下行天线(5)，检波器(6)，下行阻抗变换器(7)和下行压电换能器(8)。压电换能器对潜水器发出的水声载波进行调制，通过水声背向散射的方式，将水声调制波反射回潜水器进行解调。本发明无需任何能量供给，有望用于空海联合侦测等领域。

技术研发人员：陆卫兵,战俊麟,丁聪
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13