CN108063639B - 水下通信方法、装置、设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水下通信方法、装置、设备和系统，属于水下通信技术领域。其中，所述水下通信方法应用于水域航行器，包括如下步骤：通过声学探测器确定通信对象所处的方位；根据通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度，以使激光通信模块对准通信对象；通过激光通信模块与通信对象进行通信。本发明实施例提供的水下通信方法、装置、设备和系统，采用声学探测器定位通信对象的方位，使两个相互通信的激光通信模块实现对准，然后采用激光通信传输数据，提高了数据传输速率，不仅可以传输文字，还可以传输图片、视频和音频等数据量较大的文件，提高了数据传输的及时性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水下通信技术领域，具体而言，涉及一种水下通信方法、装置、设备和系统。
背景技术
现有的水下通信技术主要包括声纳技术和有线电缆通信技术。声纳技术是目前最成熟的水下通信技术，但是声波在水中的传播速度低，声波在水中的散射、传输的损耗以及回波的干扰也较为严重。因此，采用声纳进行通信的数据传输速率慢，无法完成图片、视频、音频等大数据文件的传输。而有线电缆通信方法需要复杂的布线，限制了通信设备，如航行器的活动范围。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水下通信方法、装置、设备和系统，采用声纳定位，使两激光通信模块对准，采用激光进行水下通信，提高了数据传输速率和准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种水下通信方法，应用于水域航行器，所述方法包括：
通过声学探测器确定通信对象所处的方位；
根据所述通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度，以使所述激光通信模块对准所述通信对象；
通过激光通信模块与所述通信对象进行通信。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，通过声学探测器确定通信对象所处的方位的步骤，包括：
通过声学探测器接收通信对象发射的声波信号；
根据所述声波信号的方向确定通信对象相对于所述水域航行器的方位。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在通过声学探测器确定通信对象所处的方位之前或之后，所述方法还包括：
通过声学探测器发射声波信号，以使通信对象能够确定所述水域航行器的方位。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度的步骤，包括：
根据所述通信对象所处的方位，控制角度调节机构的旋转角度，以调整激光通信模块的发射角度；所述角度调节机构用于调整激光通信模块的发射角度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种水下通信装置，应用于水域航行器，所述装置包括：
方位确定单元，用于通过声学探测器确定通信对象所处的方位；
角度调整单元，用于根据所述通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度，以使所述激光通信模块对准所述通信对象；
数据传输单元，用于通过激光通信模块与所述通信对象进行通信。
第三方面，本发明实施例还提供了一种水下通信设备，用于安装在水域航行器上，所述设备包括处理器、存储器、声学探测器和激光通信模块；所述激光通信模块设置有角度调节机构，所述存储器、声学探测器、激光通信模块和角度调节机构均与所述处理器连接；所述角度调节机构用于在所述处理器控制下，调整所述激光通信模块的发射角度；
所述存储器中存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现上述的方法。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述声学探测器为声纳或超声传感器。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述角度调节机构为云台机构。
第四方面，本发明实施例还提供了一种水下通信系统，包括对应设置于两水域航行器上的两个通信设备；两个通信设备中的第一通信设备采用上述的水下通信设备；第二通信设备包括声波发射器和光信号接收器；所述声波发射器用于发出声波信号，以使第一通信设备根据所述声波信号确定第二通信设备的方位；所述光信号接收器用于接收第一通信设备发送的数据。
结合第四方面，本发明实施例提供了第四方面的第一种可能的实施方式，其中，第二通信设备也采用上述的水下通信设备。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的水下通信方法、装置、设备和系统，采用声学探测器定位通信对象的方位，使两个相互通信的激光通信模块实现对准，然后采用激光通信传输数据，提高了数据传输速率，不仅可以传输文字，还可以传输图片、视频和音频等数据量较大的文件，提高了数据传输的及时性和准确性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所提供的水下通信方法的流程图；
图2为本发明一实施例所提供的水下通信装置的结构框图；
图3为本发明一实施例所提供的水下通信设备的结构框图；
图4为本发明一实施例所提供的水下通信系统的结构示意图；
图5为本发明另一实施例所提供的水下通信系统的结构示意图。
图标：1-处理器；2-存储器；3-声学探测器；4-激光通信模块；5-角度调节机构；6-声波发射器；7-光信号接收器；10-水面航行器；20-水下航行器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
针对现有的水下通信技术传输速率慢的问题，本发明实施例提供了一种水下通信方法、装置、设备和系统，以下首先对本发明的水下通信方法进行详细介绍。
实施例一
本实施例提供了一种水下通信方法，应用于水域航行器。该水域航行器上安装有声学探测器和带有角度调节机构的激光通信模块。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，通过声学探测器确定通信对象所处的方位。
其中，声学探测器可以是声纳或超声传感器等。通过声学探测器接收通信对象发射的声波信号，根据声波信号的方向可以确定通信对象相对于水域航行器的方位。
可以理解，声学探测器除了用于接收通信对象发射的声波信号外，还用于发射声波信号。因此，在步骤S101之前或之后，该方法还可以包括：通过声学探测器发射声波信号，以使通信对象能够确定该水域航行器的方位。
步骤S102，根据通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度，以使激光通信模块对准所述通信对象。
由于激光通信模块设有角度调节机构，例如，角度调节机构可以是云台机构，用于带动激光通信模块进行全方位旋转，以调整激光通信模块的发射角度。因此，可以根据通信对象所处的方位，控制角度调节机构的旋转角度，以调整激光通信模块的发射角度。
步骤S103，通过激光通信模块与通信对象进行通信。
具体地说，步骤S103包括：将需发送的数据通过激光通信模块发射至通信对象；或者，通过激光通信模块接收通信对象发射的数据或信息。
本实施例提供的水下通信方法，采用声学探测器定位通信对象的方位，使两个相互通信的激光通信模块实现对准，然后采用激光通信传输数据，提高了数据传输速率，不仅可以传输文字，还可以传输图片、视频和音频等数据量较大的文件，提高了数据传输的及时性和准确性。
实施例二
本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的水下通信装置，应用于水域航行器。如图2所示，该装置包括：
方位确定单元201，用于通过声学探测器确定通信对象所处的方位；
角度调整单元202，用于根据通信对象所处的方位，调整激光通信模块的发射角度，以使激光通信模块对准通信对象；
数据传输单元203，用于通过激光通信模块与通信对象进行通信。
具体地说，方位确定单元201，还用于通过声学探测器接收通信对象发射的声波信号，根据声波信号的方向可以确定通信对象相对于水域航行器的方位。
角度调整单元202，还用于根据通信对象所处的方位，控制角度调节机构的旋转角度，以调整激光通信模块的发射角度。
数据传输单元203，还用于将需发送的数据通过激光通信模块发射至通信对象；或者，通过激光通信模块接收通信对象发射的数据或信息。
本实施例提供的水下通信装置，采用声学探测器定位通信对象的方位，使两个相互通信的激光通信模块实现对准，然后采用激光通信传输数据，提高了数据传输速率，不仅可以传输文字，还可以传输图片、视频和音频等数据量较大的文件，提高了数据传输的及时性和准确性。
实施例三
本实施例提供了一种采用上述方法实施例进行通信的水下通信设备，用于安装在水域航行器上。如图3所示，该设备包括处理器1、存储器2、声学探测器3和激光通信模块4。激光通信模块4设置有角度调节机构5，存储器2、声学探测器3、激光通信模块4和角度调节机构5均与处理器1连接。
角度调节机构5用于在处理器1控制下，调整激光通信模块4的发射角度。例如，角度调节机构5可以是万向节或云台机构。
声学探测器3可以是声纳或超声传感器。声纳是一种利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，可以发射和接收声波信号，利用声波在水下的传播特性，通过电信号和声波的转换处理，完成水下探测和通讯任务。超声传感器是一种发射和接收超声波的电子设备，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生超声波。本实施例采用声纳或超声传感器探测通信对象的方位。
存储器2可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器2中存储有能够被处理器1执行的机器可执行指令，处理器1执行该机器可执行指令以实现上述方法实施例记载的水下通信方法。
处理器1可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器2，处理器1读取存储器2中的信息，结合其硬件完成前述实施例记载的方法的步骤。
进一步地，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述水下通信方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
实施例四
本实施例提供了一种水下通信系统，包括对应设置于两水域航行器上的两个通信设备。如图4所示，设置于水下航行器20上的第一通信设备采用上述实施例三提供的水下通信设备，包括安装在水下航行器机体上的声学探测器3和激光通信模块4，激光通信模块4通过角度调节机构5连接在水下航行器的机体上。设置于水面航行器10上的第二通信设备包括声波发射器6和光信号接收器7。优选地，第二通信设备安装在水面航行器10的底部。声波发射器6用于发出声波信号，以使第一通信设备根据声波信号确定第二通信设备的方位，即水面航行器的方位，将激光通信模块4对准水面航行器上的第二通信设备，以向第二通信设备发送数据。光信号接收器7用于接收第一通信设备发送的数据，不需要调整到特定角度，因此可以不设置角度调节机构。
具体地，声波发射器6可以采用与第一通信设备的声学探测器3相同的设备，例如声纳或超声传感器。光信号接收器7可以采用与第一通信设备的激光通信模块相同的设备。
可以理解的是，当数据传输方向主要是从水面航行器向水下航行器传输时，上述第一通信设备和第二通信设备可以对调设置，即第二通信设备设置在水下航行器上，第一通信设备设置在水面航行器上。
在图5所示的较为优选的实施例中，第一通信设备和第二通信设备的结构相同，均采用上述实施例三提供的水下通信设备。两个激光通信设备均可调整角度，相互对准后，进行数据通信。
本实施例提供的水下通信相同，采用声学探测器定位通信对象的方位，使两个相互通信的激光通信模块实现对准，然后采用激光通信传输数据，提高了数据传输速率，不仅可以传输文字，还可以传输图片、视频和音频等数据量较大的文件，提高了数据传输的及时性和准确性。
本发明实施例提供的水下通信方法、装置、设备和系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种水下通信方法，应用于水域航行器，其特征在于，所述方法包括：
通过声学探测器接收通信对象发射的声波信号；
根据所述声波信号的方向确定通信对象相对于所述水域航行器的方位；
根据所述通信对象相对于所述水域航行器的方位，控制角度调节机构的旋转角度，以调整激光通信模块的发射角度，以使所述激光通信模块对准所述通信对象，所述角度调节机构用于调整激光通信模块的发射角度；
通过激光通信模块与所述通信对象进行通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过声学探测器确定通信对象所处的方位之前或之后，所述方法还包括：
通过声学探测器发射声波信号，以使通信对象能够确定所述水域航行器的方位。
3.一种水下通信装置，应用于水域航行器，其特征在于，所述装置包括：
方位确定单元，用于通过声学探测器确定通信对象所处的方位；
其中，所述方位确定单元具体用于：通过声学探测器接收通信对象发射的声波信号；根据所述声波信号的方向确定通信对象相对于所述水域航行器的方位；
角度调整单元，用于根据所述通信对象相对于所述水域航行器的方位，控制角度调节机构的旋转角度，以调整激光通信模块的发射角度，以使所述激光通信模块对准所述通信对象，所述角度调节机构用于调整激光通信模块的发射角度；
数据传输单元，用于通过激光通信模块与所述通信对象进行通信。
4.一种水下通信设备，其特征在于，用于安装在水域航行器上，所述设备包括处理器、存储器、声学探测器和激光通信模块；所述激光通信模块设置有角度调节机构，所述存储器、声学探测器、激光通信模块和角度调节机构均与所述处理器连接；所述角度调节机构用于在所述处理器控制下，调整所述激光通信模块的发射角度；
所述存储器中存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至3任一项所述的方法。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述声学探测器为声纳或超声传感器。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述角度调节机构为云台机构。
7.一种水下通信系统，其特征在于，包括：对应设置于两水域航行器上的两个通信设备；两个通信设备中的第一通信设备采用权利要求4～6中任一项所述的水下通信设备；第二通信设备包括声波发射器和光信号接收器；所述声波发射器用于发出声波信号，以使第一通信设备根据所述声波信号确定第二通信设备的方位；所述光信号接收器用于接收第一通信设备发送的数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，第二通信设备也采用权利要求4～6中任一项所述的水下通信设备。
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