專利名稱：一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水聲通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)90年代以來(lái)，日益成熟的水聲通信技術(shù)促進(jìn)了水下傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。由于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(underwater sensor network)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋資源勘探、軍事偵察和反恐反潛等領(lǐng)域的重要價(jià)值，各國(guó)都投入力量大力研發(fā)相關(guān)的技木。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展迫切需要建立水面通信控制節(jié)點(diǎn)如船載、機(jī)載或岸基的控制指揮站)與水下信息節(jié)點(diǎn)如傳感器陣列、水下無(wú)人自動(dòng)航行器、水下載人航行器等的雙向通信鏈路。由于布放使用靈活、成本低廉、接收水聲信號(hào)時(shí)本體噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)線/水聲通信(racom)浮標(biāo)是實(shí)現(xiàn)水面?zhèn)鹘y(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)與水下信息節(jié)點(diǎn)雙向通信較好的解決方案， 是水面通信網(wǎng)絡(luò)與水下傳感通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的關(guān)鍵。美國(guó)的^aWeb項(xiàng)目自1996年以來(lái)相繼研發(fā)了 4代無(wú)線水聲通信(radio/acoustic communication :racom)網(wǎng)關(guān)浮標(biāo)系統(tǒng) (裝備通信聲納和GPS接收機(jī)、視距傳輸無(wú)線電和銥星通信等多種無(wú)線電通信設(shè)備)，用于將水下傳感網(wǎng)絡(luò)通過無(wú)線通信方式與其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。無(wú)線水聲通信浮標(biāo)也是美國(guó)海軍在探索升級(jí)潛艇新型通信技術(shù)過程中重點(diǎn)研究的解決方案之一。現(xiàn)有文獻(xiàn)中查不到有關(guān)的浮標(biāo)結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)由于水聲通信技術(shù)研究落后于國(guó)外，沒有成熟的水聲Modem，水聲通信傳感網(wǎng)絡(luò)的研究還處于起步階段，尚未有可應(yīng)用的無(wú)線/水聲通信浮標(biāo)。國(guó)外已有的無(wú)線/水聲通信浮標(biāo)不能與其他具備無(wú)線通信功能的水面站點(diǎn)聯(lián)合組網(wǎng)使用，無(wú)法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用場(chǎng)合；其水聲通信作用距離近(小于8km)，水聲通信可靠性低、通信速率単一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干，為解決上述問題，提供ー種性能可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)管理智能化程度高，可用于水聲通信/傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，該浮標(biāo)采用積木式結(jié)構(gòu)，其特征在干，所述浮標(biāo)包括VHF天線、GPS天線、收/發(fā)合置換能器、鉛魚、無(wú)線通信模塊、水聲通信模塊、綜合控制/處理模塊和電池/電源管理與控制模塊；所述無(wú)線通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能；所述水聲通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能；所述綜合控制/處理模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線和水聲通信網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)的整體控制；所述電池/電源管理與控制模塊，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)的電源控制、維護(hù)和管理。 上述技術(shù)方案中，所述GPS天線和收/發(fā)合置換能器之間自上而下還依次包含天線水密基座、航標(biāo)燈、天線支撐桿上段、硬聚氨脂泡沫浮體、天線支撐桿下段、水密電子儀器艙和阻水承重電纜。所述無(wú)線通信模塊進(jìn)一步包含無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于完成無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成數(shù)據(jù)鏈路層包含的媒體接入層和邏輯鏈路子層功能，實(shí)現(xiàn)在多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)共享單信道條件下的無(wú)線信道接入管理，完成幀同步和流量控制；無(wú)線數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器子模塊，完成浮標(biāo)無(wú)線通信物理層功能；其中，所述媒體接入層層功能采用基于MACAW協(xié)議的發(fā)端發(fā)起的共享單信道共享協(xié)議，支持共享信道多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；所述邏輯鏈路子層的幀同步功能依據(jù)“幀頭標(biāo)識(shí)檢測(cè)”和“幀信息CRC校驗(yàn)”完成，幀同步和幀信息CRC校驗(yàn)同時(shí)完成。所述MACAW協(xié)議為對(duì)應(yīng)于鏈路層數(shù)據(jù)傳輸幀確認(rèn)幀(ACK)回復(fù)確認(rèn)機(jī)制增加了數(shù)據(jù)傳輸幀否認(rèn)幀(NACK)；對(duì)被干擾的不能識(shí)別的接收幀進(jìn)行處理，增設(shè)載波檢測(cè)狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)依據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)的硬件/虛擬載波監(jiān)聽進(jìn)行檢測(cè)。所述水聲通信模塊進(jìn)一步包含水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于完成水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成媒體接入層功能，實(shí)現(xiàn)在多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)共享單信道條件下的水聲信道接入管理。水聲通信物理層處理子模塊，用于完成水聲通信物理層處理功能，所述物理層處理功能具體包括水聲通信物理層同步、水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)生成和解析及水聲通信數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)功能。其中，所述媒體接入層采用基于MACAW的協(xié)議發(fā)端發(fā)起的共享單信道共享協(xié)議，支持共享信道多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；所述水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)包括一個(gè)塊同步頭和一個(gè)宏幀；所述宏幀又進(jìn)一步包括一個(gè)宏幀頭和若干個(gè)子幀；且所述每個(gè)子幀又進(jìn)一步包括子幀頭和子幀數(shù)據(jù)。所述塊同步頭為4個(gè)QPSK調(diào)制的基于9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)；所述的宏幀頭為9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)，該宏幀頭的數(shù)據(jù)內(nèi)容包含地址信息、幀類型、通信參數(shù)和幀頭信息的8位CRC校驗(yàn)；所述子幀頭采用9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)，該子幀頭的數(shù)據(jù)內(nèi)容為子幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。所述水聲通信物理層同步采用綜合同步方法，該綜合同步方法包含塊同步頭搜索步驟，如果檢測(cè)到塊同步頭進(jìn)入下一步驟，否則重新進(jìn)行塊同步頭搜索。宏幀頭搜索步驟，擴(kuò)頻解調(diào)并提取宏幀頭的數(shù)據(jù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步。宏幀頭數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)步驟，如果校驗(yàn)錯(cuò)誤回到塊同步頭搜索步驟，如果校驗(yàn)正確進(jìn)入下一步驟。子幀頭同步跟蹤步驟，該步驟用于完成子幀頭的擴(kuò)頻解調(diào)與同步跟蹤。子幀處理的步驟，接收并解調(diào)子幀內(nèi)數(shù)據(jù)，并判斷所屬宏幀是否結(jié)束，如果還有未處理的子幀則返回上一步驟，直至所有子幀處理結(jié)束，再返回塊同步頭搜索的步驟。所述的水聲通信模塊對(duì)大于llcbps的數(shù)據(jù)采用相位調(diào)制技術(shù)，對(duì)應(yīng)接收端采用分?jǐn)?shù)間隔判決反饋?zhàn)赃m應(yīng)均衡器對(duì)抗水聲道畸變；對(duì)小于llcbps的數(shù)據(jù)采用Gold序列軟擴(kuò)頻和偽隨機(jī)序列直接擴(kuò)頻水聲通信技術(shù)。所述的水聲通信模塊對(duì)36bps的數(shù)據(jù)采用具有擴(kuò)頻比為63的基于Gold序列的軟擴(kuò)頻水聲通信技術(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的無(wú)線水聲通信浮標(biāo)綜合運(yùn)用水聲通信技術(shù)、DSP信號(hào)處理技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)水面無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)與水下移動(dòng)或靜止目標(biāo)雙向多速率通信和水聲應(yīng)答測(cè)距，可滿足多種數(shù)據(jù)傳輸需要。本發(fā)明的無(wú)線水聲通信浮標(biāo)核心功能模塊中的水聲通信模塊和無(wú)線水聲通信網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都以軟件方式實(shí)現(xiàn)，升級(jí)、維護(hù)、測(cè)試和使用都可以在控制站以無(wú)線電遙控方式通過軟件完成，智能化程度高。本發(fā)明的浮標(biāo)具備故障自檢和報(bào)警功能，布放和回收方便。本發(fā)明的浮標(biāo)可以用作水聲通信和傳感網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線水聲通信(racom)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，具有很大的推廣應(yīng)用前景。


圖1為無(wú)線水聲通信浮標(biāo)整體結(jié)構(gòu)圖2為無(wú)線水聲通信浮標(biāo)功能模塊組成框圖3為水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)；
圖4為塊同步頭時(shí)頻處理流程圖5為水聲通信物理層處理子模塊中“綜合同步方法”處理流程圖6為速率為21cbpS和llcbps水聲通信數(shù)據(jù)發(fā)送處理框圖7為速率為21ApS和llcbps水聲通信數(shù)據(jù)接收基帶處理框圖8為速率為36bps和80bps水聲通信數(shù)據(jù)發(fā)送處理框圖9為速率為36bps和80bps水聲通信數(shù)據(jù)接收處理框圖10為速率為300bps水聲通信數(shù)據(jù)發(fā)送處理框圖11為速率為300bps水聲通信數(shù)據(jù)接收處理框圖12為水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖13為無(wú)線通信幀格式；
圖14為無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊中LLC層的幀同步處理流程
圖15為無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖16為浮標(biāo)信號(hào)處理/控制電路框圖17為浮標(biāo)工作模式；
圖18為浮標(biāo)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明提供的一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，可用于無(wú)線/水聲傳感/通信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的浮標(biāo)還包括無(wú)線通信模塊，該模塊主要包括無(wú)線數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào)器和無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于支持共享單信道多跳對(duì)等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；水聲通信模塊，該模塊主要包括水聲通信物理層處理和水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于完成水聲通信物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能；綜合控制和處理模塊，該模塊包括水聲通信網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)處理/系統(tǒng)控制子模塊，用于實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)通信網(wǎng)絡(luò)層和其他上層的控制和處理功能；該浮標(biāo)的無(wú)線/水聲通信功能可實(shí)現(xiàn)水面無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)與水下移動(dòng)或靜止節(jié)點(diǎn)之間雙向多速率通信；該浮標(biāo)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)水下移動(dòng)或靜止節(jié)點(diǎn)之間的通信。
圖1為無(wú)線水聲通信浮標(biāo)整體結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明采用“積木式”結(jié)構(gòu)，主要由VHF天線1、GPS天線2、天線水密基座3、航標(biāo)燈4、天線支撐桿上段5、天線支撐桿下段8、硬聚氨脂泡沫浮體6、水密電子儀器艙11、阻水承重電纜14、收/發(fā)合置換能器16和鉛魚18等幾部分組成。整個(gè)浮標(biāo)采用低密度耐腐蝕材料制作，水密電子儀器艙為一水密圓桶，是本浮標(biāo)的主體，內(nèi)置儀器架，用于安裝信號(hào)處理/控制板及其機(jī)箱19、VHF數(shù)傳電臺(tái)20、鋰電池21、功率放大器22。水密電子儀器艙11的上端連接天線支撐桿上段5和天線支撐桿下段8，還帶有測(cè)試/自檢/充電/電源開關(guān)/水密接口 9，以方便對(duì)水密電子儀器艙內(nèi)設(shè)備進(jìn)行充電和測(cè)試。天線支撐桿長(zhǎng)度4米，分成上下兩段，彼此通過天線上下支撐桿連接水密法蘭7連接。天線支撐桿下段8與水密電子儀器艙上端通過天線支撐桿下段與水密電子儀器艙水密接口 10連接。天線支撐桿上段5安裝有天線水密基座3，用于安裝VHF天線1、GPS天線2和航標(biāo)燈4。在天線支撐桿適當(dāng)位置安裝硬聚氨脂泡沫浮體6以提供足夠的浮力，減少海流對(duì)浮標(biāo)晃動(dòng)的影響，使整個(gè)浮標(biāo)在水面上呈豎直姿態(tài)。水密電子儀器艙下端與電子儀器艙水密底盤12通過法蘭盤水密連接。根據(jù)水文以及使用條件，可選用不同長(zhǎng)度的阻水承重電纜14連接收/發(fā)合置換能器16，以保證水聲通信效果。通過鉛魚吊繩17連接鉛魚18降低浮標(biāo)整體重心，穩(wěn)定其姿態(tài)。本實(shí)施例浮標(biāo)整體材料采用低密度、耐腐蝕鋁合金制作。水密電子儀器艙11為一水密圓桶，直徑400mm，高50mm，重量3^g。天線支撐桿上段5和天線支撐桿下段8各2米。本實(shí)施例的收/發(fā)合置水聲換能器16采用3層拼鑲環(huán)壓電陶瓷換能器，中心頻率6kHz，工作頻帶業(yè)-lOkHz，帶內(nèi)發(fā)射電壓響應(yīng)均在144dB以上。換能器接收靈敏度大于_185dB，水平無(wú)指向性，3dB垂直開角為40° @6kHz。功放和換能器系統(tǒng)最大發(fā)射聲源級(jí)可以達(dá)到196dB。本實(shí)施例的收/發(fā)合置水聲換能器可配合不同水文條件使用15米、25米、35米、50米不同長(zhǎng)度的阻水承重電纜14，阻水承重電纜14通過電子儀器艙換能器電纜水密接口13、換能器電纜水密接口 15連接水密電子儀器艙11，以保證通信效果。本實(shí)施例的功放/匹配網(wǎng)絡(luò)為PSW3500型功放/匹配網(wǎng)絡(luò)，外型尺寸315mm⑶X IMmm(H)，頻帶3kHz_9kHz，額定輸出功率為1200W，重量18kg，待機(jī)功耗小于0. Iff,工作電源48V，電效率大于85 %。本實(shí)施例的VHF數(shù)傳電臺(tái)20采用美國(guó)MDS公司的MDS-2710A數(shù)傳電臺(tái)。該電臺(tái)體積5. 08X14. 29X18. 4cm，重量1kg，接收靈敏度高lOl-llOdBm，發(fā)射功率可以達(dá)至Ij 5W,工作頻段220-M0MHZ，傳輸速率可以達(dá)到9600bps，便于在浮標(biāo)上安裝使用。電臺(tái)衰落儲(chǔ)備在系統(tǒng)要求的工作環(huán)境下可以達(dá)到至少45dB，滿足系統(tǒng)所要求的無(wú)線電通信距離和傳輸速率設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。本實(shí)施例的VHF天線1采用北京華訊通信有限公司提供的F200A-3型天線，適合于在浮標(biāo)上安裝和使用。本實(shí)施例的信號(hào)處理/控制板上安裝的GPS接收板采用北京七維航測(cè)科技發(fā)展有限公司提供的低功耗Jupiterfl型GPS接收機(jī)。該型GPS接收機(jī)，體積小，功耗低，集射頻、基帶和導(dǎo)航解算一體化設(shè)計(jì)，定位精度高小于5m，可靠性高，可以適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，可以滿足浮標(biāo)定位指標(biāo)的要求。
本實(shí)施例的GPS天線2為東方聯(lián)星科技有限公司的NS-Tll室外GPS天線。天線接收增益高，物理尺寸小，適合于在浮標(biāo)上安裝和使用。本實(shí)施例的鋰電池21由兩塊不同規(guī)格的鋰電池組成規(guī)格為48V1600WH的鋰電池提供功放用電，規(guī)格為12V400WH的鋰電池為水密電子儀器艙內(nèi)的其它電子設(shè)備供電。鋰電池21可保證浮標(biāo)可連續(xù)發(fā)射水聲信號(hào)3小時(shí)，全系統(tǒng)可值守待機(jī)30天。圖2為無(wú)線水聲通信浮標(biāo)功能組成模塊框圖。本發(fā)明總體采用模塊化設(shè)計(jì)，大部分模塊都是以軟件方式實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例水聲通信模塊支持36bps，80bps，300bps, 2kbps和llibps共5種速率，水聲通信作用距離最遠(yuǎn)可達(dá)到15km。本發(fā)明的水聲通信模塊為滿足通信速率和可靠性要求，對(duì)于較高速率(> llcbps)的數(shù)據(jù)，采用頻帶利用率較高的相位調(diào)制技術(shù)(PSK)，接收端采用分?jǐn)?shù)間隔判決反饋(FSE-DFE)自適應(yīng)均衡對(duì)抗水聲信道畸變；對(duì)于較低速率(< llcbps)的數(shù)據(jù)，采用偽隨機(jī)序列直接擴(kuò)頻OSSQ和基于Gold序列的軟擴(kuò)頻水聲通信技術(shù)。本發(fā)明的水聲通信模塊采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的穩(wěn)健、快速“綜合同步方法”，可同時(shí)完成物理層時(shí)頻同步和上層幀同步，減小了系統(tǒng)同步開銷，可實(shí)現(xiàn)在較低信噪比條件下可靠同步的同時(shí)還可以提供信道估計(jì)、均衡訓(xùn)練、信道實(shí)時(shí)跟蹤的功能。本實(shí)施例水聲通信模塊的水聲通信物理層處理子模塊采用“綜合同步方法”，利用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，將物理層的同步如起始時(shí)間同步、頻率同步和上層的幀同步進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和處理，以提高系統(tǒng)的同步性能、降低系統(tǒng)開銷。圖3是水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)物理幀由一個(gè)塊同步頭和一個(gè)宏幀組成，一個(gè)宏幀由若干個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀由子幀頭和子幀數(shù)據(jù)構(gòu)成。塊同步頭負(fù)責(zé)完成起始時(shí)間同步和頻率同步，宏幀頭用于完成上層的幀同步，子幀頭用于在塊同步頭同步的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間和頻率上的細(xì)同步。塊同步頭為4個(gè)特定的QPSK調(diào)制的基于9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)，接收端通過檢測(cè)預(yù)先設(shè)定的擴(kuò)頻符號(hào)來(lái)判斷起始時(shí)間同步；在對(duì)擴(kuò)頻符號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理的同時(shí)獲得信號(hào)的多普勒頻率偏移估計(jì)。圖4是塊同步頭時(shí)頻處理流程圖。宏幀頭包含了非常重要的信息，如上層地址信息、幀類型(語(yǔ)音、報(bào)文數(shù)據(jù)、鏈路層管理數(shù)據(jù)等)，也采用9階Gold序列直接擴(kuò)頻的方式傳輸這些重要的信息。為了保證可靠的幀同步，在每個(gè)宏幀頭末尾還加入了一個(gè)8位CRC校驗(yàn)字節(jié)，其生成多項(xiàng)式為x8+x2+x+l，通過判斷宏幀頭內(nèi)所有數(shù)據(jù)是否與該多項(xiàng)式長(zhǎng)除的余式為0來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證宏幀頭內(nèi)數(shù)據(jù)的可靠性，達(dá)到可靠幀同步的目的。子幀頭主要用于指示子幀內(nèi)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，它也是Gold碼直接擴(kuò)頻符號(hào)。由于擴(kuò)頻符號(hào)的有很大的處理增益(擴(kuò)頻增益為18.05dB)，其可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，可以將擴(kuò)頻解調(diào)出的子幀頭符號(hào)作為已知的數(shù)據(jù)對(duì)均衡器進(jìn)行訓(xùn)練。圖5為水聲通信物理層處理子模塊中的“綜合同步方法”處理流程圖。本實(shí)施例對(duì)于較高速率OlcbpS，llApS)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)水聲通信模塊采用相干相位調(diào)制通信技術(shù)。圖6為速率為21ApS和llcbps的數(shù)據(jù)水聲通信發(fā)送處理框圖。其水聲通信接收機(jī)的核心是內(nèi)嵌二階鎖相環(huán)的分?jǐn)?shù)間隔采樣判決反饋均衡器(FSE-DFE)，圖7為速率為21ApS和llcbps的數(shù)據(jù)水聲通信接收基帶處理框圖。均衡器的初始參數(shù)根據(jù)宏幀頭對(duì)信道的估計(jì)得出。宏幀頭數(shù)據(jù)由于是采用Gold碼的擴(kuò)頻符號(hào)，采用“相關(guān)法”可得到信道估計(jì)。設(shè)信道估計(jì)得到的信道響應(yīng)向量
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，該浮標(biāo)采用積木式結(jié)構(gòu)，其特征在干，所述浮標(biāo)包括 VHF天線、GPS天線、收/發(fā)合置換能器、鉛魚、無(wú)線通信模塊、水聲通信模塊、綜合控制/處理模塊和電池/電源管理與控制模塊；所述無(wú)線通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能； 所述水聲通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能； 所述綜合控制/處理模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線和水聲通信網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)的整體控制；所述電池/電源管理與控制模塊，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)的電源控制、維護(hù)和管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述GPS天線和收/發(fā)合置換能器之間自上而下還依次包含天線水密基座、航標(biāo)燈、天線支撐桿上段、硬聚氨脂泡沫浮體、天線支撐桿下段、水密電子儀器艙和阻水承重電纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述無(wú)線通信模塊進(jìn)一步包含無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于完成無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成數(shù)據(jù)鏈路層包含的媒體接入層和邏輯鏈路子層功能，實(shí)現(xiàn)在多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)共享單信道條件下的無(wú)線信道接入管理，完成幀同步和流量控制；無(wú)線數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器子模塊，完成浮標(biāo)無(wú)線通信物理層功能； 其中，所述媒體接入層層功能采用基于MACAW協(xié)議的發(fā)端發(fā)起的共享單信道共享協(xié)議，支持共享信道多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；所述邏輯鏈路子層的幀同步功能依據(jù)“幀頭標(biāo)識(shí)檢測(cè)”和 “幀信息CRC校驗(yàn)”完成，幀同步和幀信息CRC校驗(yàn)同時(shí)完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述MACAW協(xié)議為 對(duì)應(yīng)于鏈路層數(shù)據(jù)傳輸幀確認(rèn)幀(ACK)回復(fù)確認(rèn)機(jī)制増加了數(shù)據(jù)傳輸幀否認(rèn)幀(NACK)；對(duì)被干擾的不能識(shí)別的接收幀進(jìn)行處理，增設(shè)載波狀態(tài)檢測(cè)； 網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)依據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)的硬件/虛擬載波監(jiān)聽進(jìn)行檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述水聲通信模塊進(jìn)一步包含水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議子模塊，用于完成水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成媒體接入層功能，實(shí)現(xiàn)在多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)共享單信道條件下的水聲信道接入管理；水聲通信物理層處理子模塊，用于完成水聲通信物理層處理功能，所述物理層處理功能具體包括水聲通信物理層同步、水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)生成和解析及水聲通信數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)功能；其中，所述媒體接入層采用基于MACAW的協(xié)議發(fā)端發(fā)起的共享單信道共享協(xié)議，支持共享信道多跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；所述水聲通信物理層幀結(jié)構(gòu)包括一個(gè)塊同步頭和一個(gè)宏幀； 所述宏幀又進(jìn)ー步包括ー個(gè)宏幀頭和若干個(gè)子幀；且所述每個(gè)子幀又進(jìn)一歩包括 子幀頭和子幀數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述塊同步頭為4個(gè) QPSK調(diào)制的基于9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)；所述的宏幀頭為9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)，該宏幀頭的數(shù)據(jù)內(nèi)容包含地址信息、 幀類型、通信參數(shù)和幀頭信息的8位CRC校驗(yàn)；所述子幀頭采用9階Gold序列的直接擴(kuò)頻符號(hào)，該子幀頭的數(shù)據(jù)內(nèi)容為子幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述水聲通信物理層同步采用綜合同步方法，該綜合同步方法包含塊同步頭搜索步驟，如果檢測(cè)到塊同步頭進(jìn)入下一步驟，否則重新進(jìn)行塊同步頭搜索；宏幀頭捜索步驟，擴(kuò)頻解調(diào)并提取宏幀頭的數(shù)據(jù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步； 宏幀頭數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)步驟，如果校驗(yàn)錯(cuò)誤回到塊同步頭搜索步驟，如果校驗(yàn)正確進(jìn)入下ー步驟；子幀頭同步跟蹤步驟，該步驟用于完成子幀頭的擴(kuò)頻解調(diào)與同步跟蹤； 子幀處理的步驟，接收并解調(diào)子幀內(nèi)數(shù)據(jù)，并判斷所屬宏幀是否結(jié)束，如果還有未處理的子幀則返回上一步驟，直至所有子幀處理結(jié)束，再返回塊同步頭搜索的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述的水聲通信模塊 對(duì)大于llcbps的數(shù)據(jù)采用相位調(diào)制技木，對(duì)應(yīng)接收端采用分?jǐn)?shù)間隔判決反饋?zhàn)赃m應(yīng)均衡器對(duì)抗水聲道畸變；對(duì)小于llcbps的數(shù)據(jù)采用Gold序列軟擴(kuò)頻和偽隨機(jī)序列直接擴(kuò)頻水聲通信技木。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，其特征在干，所述的水聲通信模塊對(duì) 36bps的數(shù)據(jù)采用具有擴(kuò)頻比為63的基于Gold序列的軟擴(kuò)頻水聲通信技木。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無(wú)線和水聲通信浮標(biāo)，該浮標(biāo)采用積木式結(jié)構(gòu)，自上而下依次包括VHF天線、GPS天線、天線水密基座、航標(biāo)燈、天線支撐桿上段、硬聚氨脂泡沫浮體、天線支撐桿下段、水密電子儀器艙、阻水承重電纜、收/發(fā)合置換能器和鉛魚，其特征在于，所述浮標(biāo)還包含無(wú)線通信模塊、水聲通信模塊、綜合控制/處理模塊和電池/電源管理與控制模塊；所述無(wú)線通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能；所述水聲通信模塊，用以實(shí)現(xiàn)水聲通信數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能；所述綜合控制/處理模塊，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線和水聲通信網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)的整體控制；所述電池/電源管理與控制模塊，用以電源控制、維護(hù)和管理。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102571902SQ20111022460
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者周建清, 賈寧, 郭中源, 陳庚, 馬力, 黃建純 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所