CN108629959B - 一种遥控水声通信系统及无人水下航行器 - Google Patents

Abstract

一种遥控水声通信系统及无人水下航行器，包括用于发出控制信号的水声发射机和用于接收所述控制信号的水声接收机，所述水声发射机与所述水声接收机通过声波进行通信连接；所述航行器上设有所述水声接收机，用于控制所述航行器在水中航行的控制台上设有所述水声发射机。本申请的有益效果是：能够利用特定频段的声波取代或者作为备份来实现对无人水下航行器的远距离潜行的控制。

Description

一种遥控水声通信系统及无人水下航行器

技术领域

本申请属于无人水下航行器技术领域，具体地说，涉及一种遥控水声通信系统及无人水下航行器。

背景技术

随着我国开发利用海洋资源的力度逐步增加及海军装备建设的快速发展，在水下执行某种任务的无人水下航行器能够相互形成协同作业网络是未来必不可少的技术手段，它对于推进我国在近岸水下目标侦测、海洋资源探测、海底燃料开采、海底形态感知、潜艇协作编队、水下无人作战等相关应用领域具有重大经济、社会和军事意义。

目前，传统的自主式水下航行器(AUV)和有线遥控无人潜水器(ROV)已经发展得比较成熟，例如我国中船重工集团710所研制的“海神”系列AUV、“猎手”系列ROV等无人水下航行器，但是该两种都难以实现远程遥控和组网的功能。其中，传统的AUV按照预定规划的水下路径进行自主式巡航，而传统的ROV则采用拖曳式线缆控制无人潜水器的潜行。前者按照预先设定好的路线进行工作因此任务灵活性不高，后者由于线缆的拖拽而活动区域具有一定限制。如果能够实现人为的对无人水下航行器进行无线远程控制，那么有助于协同作业网络的构建和管理。

水声通信设备有不少，例如美国LinkQuest公司研发的UWM系列水声通信设备，但是这些水声通信设备都是“大而全”，结构复杂，成本昂贵，且不具备无线遥控功能。而且现役潜艇、科研潜水器上装配的无线数据传输设备采取特定频段的声波作为载体，但是这样的设备设计复杂、成本高。为了实现水下的无线遥控功能，微波通信、卫星导航等常用频段的电磁波在水下的快速衰减而无法使用；甚低频率无线电由于天线尺寸大、数据传输率低，因此应用受限，不适合小型水下机器人协作通信网络的构建；无线激光通信，传输速率可以达到兆比特/秒(Mb/s)量级，但光通信对于方向性要求较高，而且即使水下穿透性最好的蓝绿光在清澈水体中的传输距离也只能达数十米，而对于浑浊水体中更是难以传输，因此无法满足远程遥控的功能。为了实现水声通信，无人水下航行器装备的通信设备必须能够抵抗声波在水下条件遭遇的各种恶劣情况，特别是严重的多径传输效应。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种遥控水声通信系统及无人水下航行器，能够利用特定频段的声波取代或者作为备份来实现对无人水下航行器的远距离潜行的控制。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种遥控水声通信系统及无人水下航行器，并采用以下技术方案来实现。

一种遥控水声通信系统，包括用于发出控制信号的水声发射机和用于接收所述控制信号的水声接收机，所述水声发射机与所述水声接收机通过声波进行通信连接。

进一步的，所述声波的频率大于等于5kHz且小于等于900kHz。

进一步的，所述水声发射机包括用于发出数字控制信号的数字命令发生器、用于将数字信号转换为模拟信号的模拟波形发生器、用于驱动声电换能器的换能器驱动电路和用于将电信号转换为声波信号的声电换能器，所述数字命令发生器、所述模拟波形发生器、所述换能器驱动电路和所述声电换能器依次电连接。

更进一步的，所述模拟波形发生器包括上开关电路、下开关电路和储能电阻电容网络，所述上开关电路由缓存器驱动，所述下开关电路由反相器驱动；所述上开关电路和所述下开关电路的输入端均与所述数字命令发生器的命令输出端电连接；所述上开关电路和所述下开关电路的输出端分别与三输入端的变压器的两个输入端电连接；所述储能电阻电容网络的一端串接功率电阻后与电源正极电连接，另一端与所述变压器的另一个输入端电连接。

更进一步的，所述换能器驱动电路包括杂波滤波电路，所述杂波滤波电路为阻容并联网络，所述阻容并联网络的两端分别与所述变压器的两个输出端电连接；所述阻容并联网络的两端还分别与声电换能器的两个引脚电连接。

进一步的，所述水声接收机包括用于将声波信号转换为模拟电信号的声电换能器、对模拟电信号进行处理的声波处理电路、将模拟电信号转换为数字信号的模数转换电路和对数字信号进行处理的数字信号处理电路，所述声电换能器、所述声波处理电路、所述模数转换电路和所述数字信号处理电路依次电连接。

更进一步的，所述声波处理电路包括放大电路、滤波网络、对数放大器和同相比例运算电路，所述放大电路、所述滤波网络、所述对数放大器和所述同相比例运算电路依次电连接，且相邻两个电路或网络之间串接隔直电容或滤波电容。

进一步的，所述滤波网络包括第一级有源带通滤波网络和第二级有源带通滤波网络；所述第一级有源带通滤波网络和所述第二级有源带通滤波网络依次电连接，且二者之间串接隔直电容。

一种对上述所述通信系统中水声接收机经模数转换后的数字信号进行数字信号处理的方法，步骤包括：S1、采用能量检测帧同步实现信号初步同步；S2、在卷积运算和匹配滤波后，对等效的基带信道进行估计；S3、采用频域均衡方法进行信道均衡；S4、对均衡后的数据流片段进行解码；S5、对解码后数据进行拼接，再判断帧头帧尾是否同时出现，若是进行数据段拼接，若否则返回信道估计；S6、进行命令标识判断，若是则传送给底层控制板进行控制，若否则返回S1。

一种无人水下航行器，所述航行器上设有用于驱动航行器航行的驱动电路和如上所述的水声接收机，所述水声接收机的输出端与所述中控电路电连接；用于控制所述航行器在水中航行的控制台上设有如上所述的水声发射机；所述水声发射机和所述水声接收机通过声波通信连接。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：通过声波通信实现水下环境控制指令的无线传输；可以抵抗水下存在的强烈的多径传输效应的影响；通信系统结构简单、成本低廉；本申请的无人水下航行器实现人为的对无人水下航行器进行无线远程控制，灵活性高。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一个实施例的遥控水声通信系统结构框图。

图2是本申请一个实施例的水声发射机结构框图。

图3是本申请一个实施例的水声发射机中缓存器的组成图。

图4是本申请一个实施例的水声接收机结构框图。

图5是本申请一个实施例的单级有源带通滤波网络示意图。

图6是本申请一个实施例的对数放大器电路结构图。

图7是本申请一个实施例的同相比例运算电路。

图8是本申请一个实施例的数模转换电路图。

图9是本申请一个实施例的数字信号波形示意图。

图10是本申请一个实施例的数字信号波形的包络示意图。

图11是本申请一个实施例的一段信息对应的波形包络示意图。

图12是本申请一个实施例的数字信号的帧结构示意图。

图13是本申请一个实施例的前导的结构示意图。

图14是本申请一个实施例的接收机信号处理流程框图。

图15是本申请一个实施例的基于Matlab的性能测试图。

图16是本申请一个实施例的无人水下航行器的系统框图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

根据特定频率范围的声波能够在水下进行远距离输出的特点，简化设备设计方式，利用声波取代或者作为备份来实行对无人水下航行器的潜行控制，即结合AUV和ROV的双重特点，设计一种用于无人水下航行器的遥控水声通信系统。

频段在数kHz到数百kHz之间的声波，在水下可以传输远达十几公里、甚至上百公里的距离，一般不受水体清澈度的影响，满足无人水下航行器远程遥控功能。优选的是频段在5kHz～900kHz之间的声波，包括5kHz和900kHz，还可以是10kHz、50kHz、100kHz、200kHz、300kHz、400kHz、500kHz、600kHz、700kHz、800kHz，以及150kHz、250kHz、350kHz、450kHz、550kHz、650kHz、750kHz和850kHz等。

水声通信电路有很多种设计方法，本发明注重利用简单的结构实现稳定的水声通信链路，从而实现遥控信号的传递；不但实现了水声通信电路的结构简化，同时又提供足够的信号处理能力来抵御水声信道的各种影响。

遥控水声通信系统框架如图1所示，包括设置在控制中心的水声发射机和安装在水下航行器上的水声接收机。水声发射机将控制信号转化成声波，并通过水声信道传播出去，水声信道通常指的是水体。水声接收机接收声波形式的控制信号，并将声波转换成电信号。水声接收机将电信号形式的控制信号传送给用于控制水下航行器运动的中控电路，从而控制驱动整个水下航行器的动作。水声发射机主要包括数字命令发生器、模拟波形发生器、换能器驱动电路和声电换能器，这几个部分依次电连接，实现控制命令的电声转换并发射出去。水声接收机主要包括声电换能器、声波处理电路、模数转换电路和数字信号处理电路，这几部分依次电连接，实现声波转换成电信号。数字信号处理电路与水下航行器的驱动电路电连接。

图2是本申请一个实施例的水声发射机结构框图。如图2所示，水声发射机包括数字命令发生器、模拟波形发生器、换能器驱动电路和声电换能器。针对控制信号的低传输速率特点，携带命令信息的数字信号采用二进制振幅键控(2ASK)的调制方式，由声波通信板中数字信号处理芯片按照遥控命令的内容直接产生。

该输入数字信号，传递给上、下两路相同的开关电路。数字命令发生器将数字信号形式的控制信号发送出来，数字命令发生器可以是内含有指令的CPU。数字命令发生器的输出端与模拟波形发生器的输入端电连接。模拟波形发生器包括上开关电路、下开关电路和储能电阻电容网络。储能电阻电容网络用来充电储能。储能电阻电容网络的一端串接功率电阻后与电源正极电连接。上开关电路称为正相，它经过缓存器来驱动开关电路，开关电路的工作原理是当驱动电压为高电平时开启，反之关闭。下开关电路称为反相，它经过反相器驱动开关电路。上开关电路和下开关电路这两路的信号理论上正好互为反相，但由于电子元器件的微小偏差可能会出现极短的相位重叠时间，因此在两路开关电路中都额外增加稳压电路进行保护。根据本申请一个实施例的电路，稳压电路选用串联的两个稳压管。

上开关电路和下开关电路的输出端分别与一个三输入端变压器的两个输入端电连接。三输入端变压器输入端的中间的输入端与储能电阻电容网络电连接。储能电阻电容网络包括电源、功率电阻和储能电阻电容网络。变压器的两个输出端分别与换能器驱动电路的输入端电连接。换能器驱动电路包括反向并联二极管和匹配阻容网络。换能器驱动电路的输入端连接变压器的输出端，其输出端电连接声电换能器。其中反向并联二极管用于防止瞬间大电压和大电流从而保护声电换能器。匹配阻容网络用于匹配声电换能器以及滤除包括瞬间高频脉冲等在内的杂波。声电换能器作用是将驱动电压转换为声波信号，一般具有带通特性。

根据本发明的一个实施例，换能器驱动电路中，声电换能器选用33KHz中频、2KHz带宽的带通性质声电换能器，其峰值电压最大为800伏特，最小阻抗约900Ω；杂波滤波电路中的电容采用容值2200pF、耐压2k伏特的瓷片电容，电阻采用100KΩ普通电阻；反向限流二极管采用两个1N4007二极管；变压器采取匝比16:270的变压器，工作频率1MHz。

根据本发明的一个实施例，储能电阻电容网络部分的电源为24伏特直流电源(由内置锂电池提供)，功率电阻采用20瓦特、50欧姆的功率电阻；而储能电阻电容网络的电容为1000uF、耐压35V的电解电容，电阻为100KΩ普通电阻。

根据本发明的一个实施例，上开关电路和下开关电路中，稳压器件采用BZX84C47稳压二极管，开关电路使用NTP18N06场效应管，缓存器和反相器都采用MM74C04芯片提供的逻辑门，其中缓存器包括两个反相器，如图3所示，两个反相器并联。

图4为水声接收机电路框图。针对发射信号的特点，水声接收机电路做出相应的简化处理。如图4所示，水声接收机包括声电换能器、声波处理电路、模数转换电路和数字信号处理电路，这几部分依次电连接，实现声波转换成电信号。声波处理电路包括放大电路、第一级滤波网络、第二级滤波网络、对数放大器和同相比例运算电路，放大电路、第一级滤波网络、第二级滤波网络、对数放大器和同相比例运算电路依次电连接，且相邻的两个电路或网络间串接有滤波电容。其中声电换能器串接隔直电容后与放大电路的输入端电连接，同相比例运算电路的输出端直接与模数转换电路的输入端电连接。根据本发明的一个实施例，第一级滤波网络和第二级滤波网络均选用有源带通滤波网络。

声电换能器接收下来的声波信号，经过电容隔断直流后经放大电路进行放大，然后经过两级带通滤波网络组成的滤波器除去带外杂波，再经过对数放大器对信号包络进行检波，然后使用同相比例运算电路对信号幅度进行调整，最后输入模数转换电路进行采样后传输到数字信号处理电路来解算通信信号并还原发射数据。数字信号处理电路选用信号处理芯片来实现。数字信号处理芯片选用市售的处理芯片。

放大电路没有特别的要求，本领域常用的信号放大电路均可实现，在这里不再赘述。

根据本发明的一个实施例，各个隔直电容都是容量为0.01uF的普通常用电容；放大电路采用9013三极管构建。

根据本发明的一个实施例，两级有源带通滤波网络结构相同，如图5为单级有源带通滤波网络的结构示意图，如图5所示，包括运放芯片，输入的信号串接第二电阻R2和第二电容C2后与运放芯片的负极输入端电连接。运放芯片负极输入端和输出端之间连接第三电阻R3，第二电阻R2的输出端分两个支路，一个支路连接第一电阻R1后接地，另一个支路串接第一电容C1后与运放芯片的输出端电连接。运放芯片的正极输入端与电源VCC之间串接第五电阻R5，与地之间连接一个阻容网络，该阻容网络具体为第四电阻R4和第三电容C3的并联网络。其中的运放芯片采用MC33078运算放大器，第一电阻R1和第二电阻R2选用12KΩ的电阻，第三电阻R3选用82KΩ的电阻，第一电容C1和第二电容C2选用200pF的电容，第三电容C3选用1uF的电容，第四电阻R4和第五电阻R5选用10KΩ的电阻，这样此带通滤波网络的频率特性与声电换能器的频率特性相互匹配，能更好更优的完成信号转化工作。

根据本发明的一个实施例，对数放大器采用的是如图6所示的电路结构，选用AD8310芯片以及AD8310芯片的典型电路结构。AD8310的第一pin串接第五电容C5后接地。前端电路的输出信号，也就是该对数放大器的输入信号串接第四电容C4后与AD8310的第八pin电连接。第四电容C4的输入端和第五电容C5的输出端之间连接第六电阻R6。AD8310的第二pin接地，第三pin串接第八电容C8后接地。AD8310的第五pin和第七pin合并后分两个支路，一个支路串接第七电阻R7后接电源VCC，另一个支路串接第七电容C7后接地。AD8310的第六pin串接第六电容C6后接地。AD8310的第四pin串接第九电容C9后作为信号输出端与后续电路电连接。其中，第四电容C4、第五电容C5和第八电容C8选用2700pF的电容，第六电容C6选用0.01uF电容，第七电容C7选用0.1uF的电容，第九电容C9选用1uF的电容；第六电阻R6选用100欧姆电阻、第七电阻R7选用10欧姆电阻。

图7为本发明一个实施例的同相比例运算电路的电路结构图。如图7所示，同相比例运算电路选用MC33078运算放大器的典型电路。包括运放MC33078，输入信号串接第九电阻R9后与运放MC33078的正极输入端电连接，运放MC33078的正极输入端串接第十电阻R10后接地。运放MC33078的负极输入端串接第八电阻R8后接地。运放MC33078的负极输入端和输出端之间串接一个阻容网络，该阻容网络为第十一电阻R11和第十电容C10的并联网络。运放MC33078的电源端接电源Vdd，地端接地。运放MC33078的输出端串接第十二电阻R12后作为同相比例运算电路的信号输出端输出信号，并与后续电路电连接。

电源Vdd的电平根据后面的数模转换器的电压决定，根据本发明一个实施例电源Vdd的电平为3.3伏特。第八电阻R8和第九电阻R9选用阻值为10KΩ的电阻，第十电阻R10选用阻值为100KΩ的电阻，第十一电阻R11选用阻值为30KΩ的电阻，第十二电阻R12选用阻值为3.9KΩ的电阻。第十电容C10选用容值为100pF的电容。

图8为本发明一个实施例的模数转换电路的电路结构图。如图8所示，选用AD7273芯片的典型电路。AD7273芯片的VDD端连接电源VCC，DGND端接地，第五pin串接第十二电容C12后接地，第八pin直接接地。电源VCC与地之间连接第十一电容C11。AD7273芯片的第六pin和第七pin均为控制端与控制信号电连接。AD7273芯片的第四pin与待转换的输入信号电连接，AD7273芯片的第二pin SDATA作为输出端输出模数转换完的信号，并与后续电路电连接。

根据本发明的一个实施例，数字信号处理电路采用的是Altera EP3C25F256I7NCyclone III FPGA芯片的典型电路。该FPGA芯片的典型电路在芯片的用户手册里有记录，对本领域技术人员也是现有技术，可以实现，故这里不再赘述。

为了更好的理解本发明，下面对遥控水声通信系统中的水声遥控实现方法作个说明。

在水声信号上，针对指令信号的特点，采用二进制启闭键控(OOK：On-OffKeying)，又名二进制振幅键控(2ASK)，它是载波的振幅随着数字基带信号(数字基带信号为二进制)而变化的数字调制。数字命令发生器产生的数字信号的波形如图9所示，其中代表比特1的波形由中心载波频率(在此实例中根据信号处理器特性为33KHz)的方波载频信号构成，其包络波形为图10所示，其中占空比默认为40％且可配置，符号长度为符号传输速率的倒数(在此实例中为1/1KHz)。由此，比特流“101”对应的信号波形包络如图11所示。

数字信号采用如图12所示的帧结构。即每一帧由一个前导和一个数据段组成一个帧。它是短促周期式的帧结构，目的也是更好的适应水声信道多变的复杂情况。此处的数据段对于远程接收机是未知，是发射数据，如果数据段超过N个字节(这个N是宏定义常数)，那么应该拆分多个N字节数据段；注意，每个N字节的数据段单独使用信道编码，默认使用(2,1,3)卷积码；它以“:(”字符串为数据帧头，以“)；”字符为数据帧尾。前导端是在发射机和接收机共同预先设置好的已知符号流，用来进行同步和信道估计。为了实现简单，它是由一个1比特带着若干0比特构成，它的结构如图13所示，这里的比特的数目是这样决定的，即假设信道最大时延散度为tau_max，符号周期长度T_symbol，这里的0比特的个数应大于tau_max/T_symbol。

水声信号的产生过程为，首先二进制振幅键控信号是发射机中的数字命令发生器(也就是CPU)产生的数字信号，然后这个二进制振幅键控信号控制模拟波形发生器(也就是MOS管搭建的模拟电路)来产生对应的模拟信号，最后这个模拟信号进入到驱动电路(也就是变压器等组成的换能器驱动电路)从而驱动声电换能器发出声波。

按照图12所示的水声信号帧结构，水声接收机硬件将对接收到的水声信号的包络进行检测。

针对上述信号，数字信号处理电路处理流程如图14所示。主要包括以下步骤：

(1)信号初步同步

采取能量检测的帧同步，即在能量检测的地方，对接收信号的强度进行门限判断(即框图中的“门限判断”)，强度超过门限时(即框图中的“超过门限”)证明有待检测的信号的到来；

(2)信道估计

信道估计是在进行卷积运算(即框图中的“卷积/滤波”)完成匹配滤波后，对等效的基带信道进行估计(即框图中的“前导段信道估计”)。具体办法就是图9所示的前导中零比特位置对应的匹配滤波接收数据。

(3)信道均衡

信道均衡采用频域均衡方法(即框图中的“前导段信道估计”)，即在信道估计的基础，通过将时域数据的overlap-add(折叠相加)，然后转变到频域后，再使用频域迫零均衡器(zero-forcing)实施均衡，然后在还原到时域。

(4)数据解码

对均衡后的数据流片段按照进行数字基带信号的编码方式进行解码(即框图中的“数据解码”)。

(5)数据帧判断

对经解码的数据进行拼接(即框图中的“数据流拼接”)，然后先判断该段数据中是否出现数据帧头符号，若出现了帧头则进行解算其他数据，等待数据帧尾的出现。如果这个等待过程中，超过预设次数(即框图中的“超次数”)则说明刚帧头发射属于误操作或者当前信道恶劣，那么放弃已处理数据而重新启动处理；如果等待过程中，未超过预设次数且出现了数据帧尾，那么说明处理的数据满足要求(即框图中的“帧头和帧尾都出现”)，则将这段数据进行拼接。

(6)命令标识判断

对拼接的数据进行特定的命令标识进行识别(即框图中的“标识符号”)，如发现命令标识则将数据发送给底层控制板(即水下航行器驱动电路)，否则认为发射机发送的命令不符合预定格式而放弃。

使用Matlab软件进行接收机信号处理算法的验证，假设基带带宽1KHz，每个数据段长度N＝64，前导为一个1比特跟着三个0比特，即假设信道时间延迟杂散(即达到时间差)不会超过3毫秒；另外，多径传输路径为30条，背景噪声假设为加性白噪声。图15展示了整个系统的仿真图，其中横坐标为信噪比(SNR)，而纵坐标为误码率(BER)。从仿真图上可以看出，系统性能良好。

如图16所示，本发明还提供了一种无人水下航行器，包括一个遥控水声通信系统、腔体、左置螺旋桨、右置螺旋桨、沉浮螺旋桨，以及设置在腔体中的中控电路、底层控制板、锂电池、电机驱动电路和三个螺旋桨电机。控制模块包括中控电路、底层控制板、锂电池、电机驱动电路，中控电路与底层控制板电连接，电机驱动电路镶嵌在底层控制板内，锂电池用来给中控电路、底层控制板等模块供电。水声接收机与中控电路电连接。中控电路用于接受来自遥控水声通信系统的控制指令，并将控制指令传递给底层控制板用于驱动螺旋桨电机，进而驱动无人水下航行器的动作。中控电路、底层控制板均为现有技术中的电路结构，在现有的AUV和ROV的无人水下航行器中均有使用。实施例中的声电换能器即图中给出的外置水听器。底层控制板的作用是用于具体操作三个螺旋桨等设备：当沉浮螺旋桨顺时针旋转时为上浮，而逆时针为下沉；当左置螺旋桨和右置螺旋桨以相同转向和相同转速旋转时，皆为顺时针旋转时为前进，而皆为逆时针为后退；当左置螺旋桨和右置螺旋桨不同转向或不同转速旋转时，产生航行器转头的动作。

本申请的有益效果是：通过声波通信实现水下环境控制指令的无线传输；可以抵抗水下存在的强烈的多径传输效应的影响；通信系统结构简单、成本低廉；本申请的无人水下航行器实现人为的对无人水下航行器进行无线远程控制，灵活性高。

以上对本申请实施例所提供的一种遥控水声通信系统及无人水下航行器，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.一种遥控水声通信系统，其特征在于：包括用于发出控制信号的水声发射机和用于接收所述控制信号的水声接收机，所述水声发射机与所述水声接收机通过声波进行通信连接；

所述水声发射机包括用于发出数字控制信号的数字命令发生器、用于将数字信号转换为模拟信号的模拟波形发生器、用于驱动声电换能器的换能器驱动电路和用于将电信号转换为声波信号的声电换能器，所述数字命令发生器、所述模拟波形发生器、所述换能器驱动电路和所述声电换能器依次电连接；

所述模拟波形发生器包括上开关电路、下开关电路和储能电阻电容网络，所述上开关电路由缓存器驱动，所述下开关电路由反相器驱动；所述上开关电路和所述下开关电路的输入端均与所述数字命令发生器的命令输出端电连接；所述上开关电路和所述下开关电路的输出端分别与三输入端的变压器的两个输入端电连接；所述储能电阻电容网络的一端串接功率电阻后与电源正极电连接，另一端与所述变压器的另一个输入端电连接。

2.根据权利要求1所述遥控水声通信系统，其特征在于：所述声波的频率大于等于5kHz且小于等于900kHz；所述水声接收机包括用于将声波信号转换为模拟电信号的声电换能器、对模拟电信号进行处理的声波处理电路、将模拟电信号转换为数字信号的模数转换电路和对数字信号进行处理的数字信号处理电路，所述声电换能器、所述声波处理电路、所述模数转换电路和所述数字信号处理电路依次电连接。

3.根据权利要求1所述遥控水声通信系统，其特征在于：所述换能器驱动电路包括杂波滤波电路，所述杂波滤波电路为阻容并联网络，所述阻容并联网络的两端分别与所述变压器的两个输出端电连接；所述阻容并联网络的两端还分别与声电换能器的两个引脚电连接。

4.根据权利要求2所述遥控水声通信系统，其特征在于：所述声波处理电路包括放大电路、滤波网络、对数放大器和同相比例运算电路，所述放大电路、所述滤波网络、所述对数放大器和所述同相比例运算电路依次电连接，且相邻两个电路或网络之间串接隔直电容或滤波电容。

5.根据权利要求4所述遥控水声通信系统，其特征在于：所述滤波网络包括第一级有源带通滤波网络和第二级有源带通滤波网络；所述第一级有源带通滤波网络和所述第二级有源带通滤波网络依次电连接，且二者之间串接隔直电容。

6.一种对权利要求1-5所述通信系统中水声接收机经模数转换后的数字信号进行数字信号处理的方法，步骤包括：S1、采用能量检测帧同步实现信号初步同步；S2、在卷积运算和匹配滤波后，对等效的基带信道进行估计；S3、采用频域均衡方法进行信道均衡；S4、对均衡后的数据流片段进行解码；S5、对解码后数据进行拼接，再判断帧头帧尾是否同时出现，若是进行数据段拼接，若否则返回信道估计；S6、进行命令标识判断，若是则传送给底层控制板进行控制，若否则返回S1。

7.一种无人水下航行器，其特征在于：所述航行器上设有用于驱动航行器航行的驱动电路和权利要求1-5所述的水声接收机，所述水声接收机的输出端与所述中控电路电连接；用于控制所述航行器在水中航行的控制台上设有权利要求1-5所述的水声发射机；所述水声发射机和所述水声接收机通过声波通信连接。