[发明专利]一种潜标无线实时通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种潜标无线实时通信系统及方法，所述系统包括多个水下潜标和一个水面浮标；所述水下潜标包括多个海洋观测设备和潜标水声通信机；所述海洋观测设备用于实现海洋科学数据的观测和记录，所述潜标水声通信机用于将观测数据发送给水面浮标；所述水面浮标包括浮标本体和设置在浮标本体上的浮标水声通信机和卫星通信模块，所述浮标水声通信机通过多基元水声换能器阵接收水下潜标发送的观测数据；再将该数据通过卫星通信模块发回到数据采集服务器。本发明的系统由于潜标和浮标之间没有通信电缆连接，具有布放方式简单、可靠性高等优点；本发明的系统延长了潜标的维护周期，可大大降低出船维护潜标的成本。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，具体涉及一种潜标无线实时通信系统及方法，应用于海洋观测潜标数据的实时回传。

背景技术

海洋观测潜标主要用于在在深海海域获取长周期海洋科学数据，包括水下温度、盐度、深度、流速流向等信息。海洋观测潜标通常布放于水下几百米、几千米甚至上万米的深度，用于观测不同深度的海洋科学数据。常规的电磁波、光通信由于在水下衰减严重，无法实现在水下长距离的信息传输，因此潜标的观测数据无法使用传统的无线电等进行实时传输。传统的海洋观测潜标数据获取主要通过回收潜标后读取观测设备记录的数据获得，出海回收潜标成本高、工作量大，数据获取周期长、延迟高。

现有的潜标无线实时通信系统主要采用有缆的方式，即通过通信电缆将潜标观测数据上传到水面浮标，再通过水面浮标上安装的卫星通信模块将数据传回到地面实验室。该方案采用的水下通信电缆成本高，布放过程较为复杂，长期工作遇到恶劣海况后可靠性较差，而且当观测潜标深度达到几千米甚至上万米时，这些缺点会凸显的更加严重，使得该方案在实际应用中较为困难。水声通信是目前已知的水下长距离无线通信的唯一有效手段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的潜标有缆实时通信系统中水下长距离通信电缆成本高、布放困难、可靠性差等缺点，提出了一种潜标无线实时通信系统，利用水声通信技术实现了水下潜标与水面浮标之间的无线通信，先将潜标观测数据通过水声通信传输到水面浮标，浮标再通过卫星通信模块将数据传回到地面实验室。本系统由于潜标和浮标之间没通信电缆连接，布放方式简单，可靠性高，可应用于各种深度的海洋观测潜标实时数据传输。

为了实现上述目的，本发明提出了一种潜标无线实时通信系统，包括多个水下潜标和一个水面浮标；所述水下潜标包括多个海洋观测设备和潜标水声通信机；所述海洋观测设备用于实现海洋科学数据的观测和记录，所述潜标水声通信机用于将观测数据发送给水面浮标；所述水面浮标包括浮标本体和设置在浮标本体上的浮标水声通信机和卫星通信模块，所述浮标水声通信机通过多基元水声换能器阵接收水下潜标发送的观测数据；再将该数据通过卫星通信模块发回到数据采集服务器。

作为上述系统的一种改进，所述海洋观测设备包括声学多普勒流速剖面仪、温盐深仪和单点海流计，所述海洋观测设备通过电缆与潜标水声通信机连接；所述潜标水声通信机使用外部电池舱并联的方式供电，所述电池舱为高容量锂电池，供电电压为24V。

作为上述系统的一种改进，所述水面浮标还包括24V锂电池，为浮标水声通信机供电；所述浮标水声通信机将24V电压转换为合适的电压为卫星通信模块供电，所述卫星通信模块与浮标水声通信机通过RS232串口连接，所述卫星通信模块通过同轴电缆与卫星通信天线和GPS天线相连接。

作为上述系统的一种改进，所述潜标水声通信机与浮标水声通信机进行数据传输时，当水面浮标和水下潜标进行握手命令的传输时采用MFSK；当进行大量潜标观测数据的传输时采用QPSK，当QPSK无法完成数据传输时，使用MFSK进行数据传输。

作为上述系统的一种改进，所述浮标本体为波浪滑翔机、自沉浮式浮标或自主式水下航行器。

基于上述系统，本发明提出了一种潜标无线实时通信方法，所述方法包括：