具体实施方式
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。
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。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“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。
根据本发明实施例,提供了一种空间探测节点的探测系统的实施例。
图1是根据本发明实施例的一种空间探测节点的探测系统的示意图,如图1所示,该空间探测节点的探测系统包括:一个或者多个漂浮节点10和水下声道轴通讯装置20。
如图1所示,一个或者多个漂浮节点10中包括n个漂浮节点,分别是漂浮节点11,漂浮节点12,…,以及漂浮节点1n。
进一步如图1所示,漂浮节点11,漂浮节点12,…,以及漂浮节点1n分别通过水下声道轴通讯装置20与水下通讯目标30通讯连接。
一个或者多个漂浮节点10中的每个漂浮节点漂浮在水面,且一个或者多个漂浮节点按照预设网络拓扑结构通信连接,其中,每个漂浮节点能够在水面上的预设移动区域内进行自由移动,且任意两个漂浮节点的预设移动区域部分重合或者完全不重合;
水下声道轴通讯装置20设置在水下,用于实现水下通讯目标与一个或者多个漂浮节点的通讯联接,其中,水下通讯目标在水下按照以下至少一种方式移动:按照预设移动轨迹移动,在控制指令的控制下移动。
关于水下声道观测表明,在各大洋中的某深度上都存在声速的极小值,如果把声源放在这个深度上,从发射器向各个方向发射的声线束向声速极小值所在的水层弯曲,声音可以沿着声速极小值所在的水层传播较远的距离,其中,这个水层称为水下声道。声速极小值所在的深度称为声道轴。大西洋的声道轴约在海面以下1260米处,太平洋的声道轴位于海面以下900米处。
利用声波在声道中的超远传播特性,在大洋的岛屿或者海面上设置声发接收站(例如,上述漂浮节点)来接收远处水下通讯目标(例如,遇难船只或坠海飞行员)投下的爆炸信号,或预报海底火山和海底地震造成的海啸。
因此,在本发明实施例中,通过水下声道轴通讯装置,除了能够提高数据传输的隐蔽性之外,还能够提高数据的传输效率。
需要说明的是,在本发明下述实施例中所描述的水面可以为湖泊的水面,还可以为海洋的海面。
上述漂浮节点除了设置在水面上之外,还可以设置在岛礁上。例如,首先在海面上选择一个或者多个区域作为该水上一个或者多个漂浮节点的布设区域,如果在该区域中包含很多的岛礁,首先可以考虑在岛礁上安装漂浮节点;然后,以该岛礁为起始点,在海面上设置其他的漂浮节点,以保证岛礁上的漂浮节点和海面上的漂浮节点能够组成预设网络拓扑结构的通信网络。
进一步地,当上述漂浮节点设置在水面上时,漂浮节点是相对固定的设置在湖泊的水面上,或者设置在海洋的海面上来执行相关的探测任务的;其中,相对固定是指每个漂浮节点能够在预设移动区域内进行自由移动,当漂浮节点移动至该预设移动区域之外的区域时,将自动移动至该预设移动区域内,具体过程将在下述实施方式中进行介绍;漂浮节点除了能够自由移动之外,还能够固定的设置在水面上,具体设置方式可以根据实际需要来进行确定。
如果该漂浮塔设置在海面上,那么当海上海浪较高时,该漂浮塔可以沉入海水中,并在海浪经过之后,通过控制相关装置使得自身自动浮出水面。
在本发明实施例提供的空间探测节点的探测系统中,包括一个或者多个漂浮节点和水下声道轴通讯装置。其中,一个或者多个漂浮节点漂浮在水面,且一个或者多个漂浮节点按照预设网络拓扑结构通信连接,其中,每个漂浮节点能够在水面上的预设移动区域内进行自由移动,且任意两个漂浮节点的预设移动区域部分重合或者完全不重合;水下声道轴通讯装置设置在水下,用于实现水下通讯目标与一个或者多个漂浮节点的通讯联接,其中,水下通讯目标在水下按照以下至少一种方式移动:按照预设移动轨迹移动,在控制指令的控制下移动。在本发明实施例中,利用水下声道轴的特点,采用水下声道轴通讯装置实现漂浮节点和水下通讯目标的通讯连接,达到了提高数据传输的隐蔽性的目的,进而缓解了传统的水下通信装置隐蔽性较差,以及精度较差的技术问题。
如图2所示,在一个可选实施方式中,水下通讯目标包括以下至少之一:水下协同探测装置31,水下环境感知装置32。
水下通讯目标包括水下协同探测装置和/水下环境感知装置。其中,水下协同探测装置用于协同上述漂浮节点对海底或者水底进行探测;水下环境感知装置用于感知水下或者海底环境。
需要说明的是,水下通讯目标除了包括水下协同探测装置和水下环境感知装置之外,还包括水上航行的船只,水下过往航行的潜艇等。
进一步地,水下协同探测装置包括:多个水下协同探测装置。
如图3所示,每个水下协同探测装置能够设置在水面的下方,且每个漂浮节点均对应设置一个水下协同探测装置311,其中,每个水下协同探测装置用于探测与每个水下协同探测装置对应的漂浮节点所属的预设移动区域的内部区域,每个漂浮节点对应的一个水下协同探测装置部分相同或者完全不同。
具体地,为了提高漂浮节点的探测精度,以及扩展漂浮节点的探测区域,可以为每个漂浮节点均设置一个水下协同探测装置,其中,每个水下协同探测装置中包括预设数个水下协同探测器,且每个水下协同探测装置对应的水下协同探测器的种类相同或者不同,且每个水下协同探测装置对应的水下协同探测器的数量相同或者不相同。
其中,每个水下协同探测装置包括:预设数个水下协同探测器,其中,预设数个水下协同探测装置中每个水下协同探测器的探测范围不相同,或者,每个水下协同探测器的探测深度不相同。
需要说明的是,在本发明实施例中,为每个漂浮节点配备的水下协同探测装置中包括的水下协同探测器的数量可以相同,还可以不同。例如,为漂浮节点1配备的一个水下协同探测装置中可以包括5个水下协同探测器,例如,5个潜水器;为漂浮节点1配备的一个水下协同探测装置中可以包括6水下协同探测器,例如,6个潜水器。其中,可以根据每个漂浮节点的重要程度来确定为其配备的水下协同探测器的数量。
进一步需要说明的是,由于漂浮节点的重要程度也不是固定不变的,因此,可以根据每个漂浮节点的性能,探测精度和传输速率来进行动态调整。
具体地,如图4所示,图4是根据本发明实施例中另一种可选地空间探测节点的探测系统的俯视图,在该俯视图中,以一个漂浮节点为例进行说明。从图4中可以看出,为每个漂浮节点对应设置了6个潜水器(即,上述水下协同探测器),且6个潜水器均匀分布在对应的漂浮节点周围,其中,6个潜水器中每个潜水器按照各自的移动轨迹进行移动。
需要说明的是,任意两个潜水器的移动轨迹部分重合,或者,完全不重合。
进一步需要说明的是,可以将上述6个潜水器设置在不同水深的区域中,例如,将潜水器1设置在距离水面a米处,将潜水器2设置在距离水面b米处,将潜水器3设置在距离水面c米处,将潜水器4设置在距离水面d米处,将潜水器5设置在距离水面e米处,将潜水器6设置在距离水面f米处,其中,a,b,c,d,e和f依次增大或者依次减小。
其中,除了为每个漂浮节点设置6个潜水器之外,还可以为每个漂浮节点设置5个,4个,3个,2个,以及1个潜水器,具体数量可以根据实际需要来进行确定。
在另一个可选实施方式中,水下协同探测器除了上述潜水器之外,还包括:鱼群探测器,水下摄像装置,海水含盐检测装置,水下温度检测装置,水下流速检测装置和水下流向检测装置。
其中,鱼群探测器用于探测水下层面鱼群的种类和每个鱼群的数量;鱼群探测器在探测得到鱼群信息之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的鱼群信息发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现鱼群信息的传输。
水下摄像装置用于拍摄水下不同层面的视频影像,以根据视频影像对水下环境进行监测;水下摄像装置在探测得到水下环境信息之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的水下环境信息发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现水下环境信息的传输。
海水含盐检测装置用于检测海水内的含盐量;海水含盐检测装置在检查得到海水内的含盐量之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的含盐量发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现海水内的含盐量的传输。
水下温度检测装置用于检测水下的温度;水下温度检测装置在检查得到水下温度之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的水下温度发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现水下温度的传输。
水下流速检测装置用于检测水下流速;水下流速检测装置在检查得到水下流速之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的水下流速发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现水下流速的传输。
水下流向检测装置用于检测水下流向;水下流向检测装置在检查得到水下流向之后,就可以选用水下通讯装置将探测到的水下流向发送至漂浮节点,其中,水下通讯装置可以选择水下声道轴通讯装置实现水下流向的传输。
在另一个可选实施方式中,预设网络拓扑结构包括以下至少之一:链状拓扑结构,蜂窝拓扑结构,网状拓扑结构,星型拓扑结构和树型拓扑结构。
图5是根据本发明实施例中另一种可选地具有蜂窝拓扑结构的空间探测节点的探测系统的示意图,如图5所示,符号“1”至符号“39”均表示为漂浮节点,每个符号表示为一个漂浮节点。从图5中可以看出,39个漂浮节点组成正三角形的蜂窝网状拓扑结构。
需要说明的是,漂浮节点34能够与器周围的6个漂浮节点(即,漂浮节点1至漂浮节点6)分别通信联接,以分别组成6个正三角形,具体地,在图5中未示出漂浮节点34和漂浮节点1至漂浮节点6之间的联接关系。同样地,漂浮节点31,漂浮节点32,漂浮节点33,漂浮节点35,漂浮节点36,漂浮节点37,漂浮节点38和漂浮节点39均能够与其周围的6个漂浮节点分别通信联接,具体地,在图5中未示出上述漂浮节点与其周围六个漂浮节点之间的联接关系。
在如图5所示的空间探测节点的探测系统中,漂浮节点1能够与漂浮节点2有线或者无线联接,并且漂浮节点1还能够同时与漂浮节点5有线或者无线联接;漂浮节点5还能够同时与漂浮节点7和漂浮节点6有线或者无线联接。因此,漂浮节点1就能够通过漂浮节点5与漂浮节点7间接通信联接。
也就是说,在如图5所示的蜂窝状拓扑结构的示意图中,任意两个漂浮节点都能够通信联接,具体包括直接通信联接和间接通信联接。也即,在该蜂窝拓扑结构中,每个漂浮节点都具有数据起始发送的功能,以及充当中间节点的功能。
也就是说,在一个可选实施方式中,一个或者多个漂浮节点10中包括:中间漂浮节点,其中,中间漂浮节点的数量为一个或者多个,中间漂浮节点用于将目标漂浮节点探测到的数据传输至监控站,其中,目标漂浮节点为至少一个漂浮节点中除中间漂浮节点之外的漂浮节点。
需要说明的是,在本发明实施例中,中间漂浮节点不是固定不变的,中间漂浮节点可以实现动态选择,具体地,可以通过地面监控站根据任意两个节点之间路径的数据传输性能来确定最优中间漂浮节点。
例如,在如图5所示的示意图中,可以在漂浮节点1至漂浮节点39中选择一个漂浮节点作为中间漂浮节点。例如,选择漂浮节点1作为中间漂浮节点,那么此时,漂浮节点1的主要作用就是将自身的探测信息,以及漂浮节点2至漂浮节点39的探测信息转发至地面监控站,以使地面监控站根据上述探测信息进行决策。
又例如,在如图5所示的示意图中,可以在漂浮节点1至漂浮节点39中选择2个漂浮节点作为中间漂浮节点。例如,选择漂浮节点1和漂浮节点2作为中间漂浮节点。其中,漂浮节点1用于将漂浮节点3至漂浮节点20的探测信息转发至地面监控站;漂浮节点2用于将漂浮节点21至漂浮节点39的探测信息转发至地面监控站,以使地面监控站根据探测信息进行决策。
在本发明实施例的另一个可选实施方式中,上述空间探测节点的探测系统还包括:定位装置。
如图3所示,漂浮节点中位于水面上方的区域称为水上区域,漂浮节点中位于水面下方的区域称为水下区域。上述定位装置即安装于每个漂浮节点的水上区域,定位装置用于实时检测当前漂浮节点在水面上所处的位置;
其中,当定位装置检测到所处的位置位于当前漂浮节点所属的预设移动区域之外时,则控制当前漂浮节点自动移动至当前漂浮节点所属的预设移动区域内。
其中,上述定位装置优选为全球定位装置(Global Positioning System,简称GPS)或北斗卫星定位装置(下述均简称为北斗)。通过该定位装置能够实时对当前漂浮节点的位置坐标进行检测。
GPS或北斗定位装置将检测到的当前漂浮节点在水面上所处的位置实时发送给安装在当前漂浮节点上的处理器。处理器在获取到该位置信息之后,将获取到的位置信息与该当前漂浮节点的预设移动区域进行比较。如果比较结果为当前漂浮节点位于预设移动区域之外的区域,处理器将向移动装置发送移动指令,以使移动装置带动当前漂浮节点移动至预设移动区域内。
需要说明的是,通过上述描述可知,可以在每个漂浮节点中均设置了一个处理器,以通过每个漂浮节点执行自身的定位任务。除此之外,还可以通过中间漂浮节点完成相关的处理操作,例如,其他漂浮节点通过中间漂浮节点将自身所处的位置发送至地面监控站,以使地面监控站根据所处的位置确定漂浮节点是否处于所属的预设移动区域内。
假设,在如图5所示的39个漂浮节点中,将漂浮节点23作为中间漂浮节点。漂浮节点2在通过自身的定位装置检测到在水面上所处的位置之后,将该所处的位置发送给中间漂浮节点23,以使中间漂浮节点23将该位置发送给地面监控站。地面监控站根据该所处的位置确定漂浮节点2是否位于其预设移动区域内,其中,如果判断出漂浮节点2未位于其预设移动区域内,则通过中间漂浮节点23向漂浮节点2发送相应的指令,以使漂浮节点2自动回到其预设移动区域内。
在本发明实施例的另一个可选实施方式中,空间探测节点的探测系统还包括:水上通信装置。
水上通信装置设置在每个漂浮节点上,用于实现当前漂浮节点与水上通讯目标的通讯联接,其中,水上通讯目标包括以下至少一种:气球,飞艇,无人机,卫星。
在本发明实施例的另一个可选实施方式中,在漂浮节点上还设置有太阳能储能装置和充电桩,该太阳能储能装置用于将太阳能转化为电能并进行存储;充电桩用于为潜水器进行充电。当潜水器电量不足时,可以自动移动至与其最近的漂浮节点上进行充电,或者移动至与其配套设置的漂浮节点处进行充电。
在本发明实施例的另一个可选实施方式中,空间探测节点的探测系统还包括:固定机构和拉力传感器。
固定机构设置于漂浮节点的底部,固定机构用于连接缆索,以通过缆索将漂浮节点与定海坨相连接,定海坨为水面上固定不动的目标;
拉力传感器设置缆索上,用于检测缆索的拉力,并将缆索的拉力发送至漂浮节点的处理器中进行分析。
如上述图3所示,在漂浮节点的下方设置了一个锚绳固定机构1,其中,该锚绳固定机构可以选择为固定环。该固定环的作用是通过缆索将该漂浮节点固定在水上的某个固定的定海坨上,以实现漂浮节点能够在水中保持相对固定。
采用定海坨实现对漂浮节点的相对固定,不仅适用于浅海区域,还适用于深海区域,因此,通过该设置方式扩大了上述水上空间探测装置的可能覆盖区域。
接下来,就可以通过拉力传感器来实时监测该缆索的拉力,并将该拉力发送至漂浮节点的处理器中进行分析,以根据分析结果确定该漂浮节点的缆索是否已断,以及根据拉力确定该漂浮节点与定海坨之间的距离等等。
在另一个可选实施方式中,在每个漂浮节点上,还包括信号指示灯,该信号指示灯用于为航行在水面上的船舶指示方向;该信号指示灯还用于信息报警,例如,当该信号指示灯闪烁时,表示该漂浮节点附近存在危险,此时,可以提示过往航行的船舶此处存在危险。
进一步地需要说明的是,本发明实施例提供的空间探测节点的探测系统还能够与可联接范围以内的卫星、飞船、水上船舶、陆地中的通信基站,海上的浮塔共同执行相关探测任务。
通过在预设水面上设置该空间探测节点的探测系统,尤其是海面上,能够解决传统的灯塔必须依赖于岛礁设置的缺陷,并解决了传统的水下通信装置隐蔽性较差,以及精度较差的技术问题。本发明实施例提供的空间探测节点的探测系统中的漂浮节点具有相对固定性,能够在一个范围内来回移动,并始终保持相对固定,使得水上探测装置更加灵活。
进一步地,在本发明实施例提供的空间探测节点的探测系统中,采用水下声道轴通讯装置,能够在保证传输质量的前提下,保证传输数据的安全。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各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:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。