CN109725304A - 一种基于gold序列的声学释放器收发系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统及方法，包括设置在甲板单元的超声波发射模块、接受所述超声波发射模块指令的超声波接收模块、数据采集模块、WIFI模块以及舵机模块，所述超声波接收模块和数据采集模块通过舵机模块连接在重石块上，在大海的不同区域部署若干子系统，使其沉入水底；所述舵机模块用于在超声波接收模块接收到超声波发射模块的回收命令后，超声波接收模块控制舵机模块打开锁链，使超声波接收模块和数据采集模块上浮到水面，实现设备的回收。本发明的有益效果是：本发明以期达到水声定位系统的应答和信标功能，还能够完成控制声学释放器释放锚定负载重物，实现浮体带着重物上浮的功能。

Description

一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统及方法

技术领域

本发明属于水声探测领域，涉及一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统及方法。

背景技术

随着深远海科学研究、海洋监测、海洋经济、海洋国防建设事业的快速发展，深海释放器的应用十分广泛，越来越受到各国的广泛重视。国内相关单位虽开展了释放器技术的研究工作，取得了一定的研究成果，但在最大工作深度、有效作用距离、连续工作时间等性能指标方面和国外产品相比还存在一定的差距,特别是大深度、高可靠释放器的差距更为明显，缺乏成熟产品。我国深海释放器目前主要依赖进口。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统及方法，解决国内海洋研究与工程等方面的实际现场施工需求，提供更高效的技术支撑和服务。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，包括设置在甲板单元的超声波发射模块、接受所述超声波发射模块指令的超声波接收模块、数据采集模块、WIFI模块以及舵机模块，所述WIFI模块的功能是实现数据采集模块与甲板单元之间的通信，所述超声波接收模块和数据采集模块通过舵机模块连接在重石块上，所述重石块为重量能够沉入海底的石块，在大海的不同区域部署若干子系统，使其沉入水底；所述子系统包括超声波接收模块、数据采集模块以及舵机模块；所述数据采集模块用于自动检测海底的温度、水压、PH、盐度、浊度数据，且还用于测试超声波接收模块内部状态，所述模块内部状态电池电压、深度、姿态数据；所述舵机模块用于在超声波接收模块接收到超声波发射模块的回收命令后，超声波接收模块控制舵机模块打开锁链，使超声波接收模块和数据采集模块上浮到水面，实现设备的回收。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述超声波发射模块包括控制器、信号源发生器、超声波换能器、调制模块、匹配模块，用于使用GOLD序列作为信号源，调频得到调制信号，通过匹配模块控制超声波换能器发出不同频率的超声波。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述超声波接收模块包括滤波放大器、解调模块、信号处理模块，用于通过解调模块得到解调后的信号，并进行相关性处理得到超声波的频率，根据不同频率的超声波做出不同的反馈。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述控制器用于将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；当所述收发系统工作时，控制器根据信号源发生器发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器发射不同频率的超声波束。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述信号源发生器，通过m序列产生GOLD序列，作为信号源。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述超声波换能器用于以声能的形式在超声波发射模块内发射超声波束。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述调制模块运用频移键控的调制方法，对发来的信号源进行调制；所述匹配模块用于将信号源发生器发来的不同功率的电信号发送给对应的超声波换能器，提高超声波换能器的工作效率。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述滤波放大器用于滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出。

上述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，所述解调模块用于将超声波换能器发来的电信号进行解调；所述信号处理模块用于将所述解调模块解调之后的信号进行处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。

一种基于GOLD序列的声学释放器收发方法，利用上述的收发系统，包括以下收发步骤：

步骤一、使用信号源发生器发射GOLD序列；

步骤二、使用调制模块通过调频的方式，对GOLD序列进行调制，得到电信号；

步骤三、通过匹配模块和控制器，将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；

步骤四、根据发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器向水中的超声波接收模块发射不同频率的超声波束；

步骤五、当水中的超声波换能器接收到超声波信号时，通过滤波放大器，滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出；

步骤六、水声换能器接收到的声波信号通过解调模块进行解调得到解调后的信号；

步骤七、信号处理模块将解调之后的信号进行放大处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。

本发明的有益效果为：

(1)本发明是一套声学应答释放器系统，以期达到水声定位系统的应答和信标功能，还能够完成控制声学释放器释放锚定负载重物，实现浮体带着重物上浮的功能；

(2)本发明专门针对大深度、高可靠应答释放器研制为目标，重点解决大深度声学指令信号传输、超低功耗电路设计及能源供给等关键技术问题，研制满足深海观测系统使用要求的深海应答释放器产品，满足我国深海调查需要，具有重要意义；且本发明具有深度测量和电源电压检测和其他模拟接口等功能，并可将数据信息传送到甲板单元，解决国内海洋研究与工程等方面的实际现场施工需求，提供更高效的技术支撑和服务；

(3)灵活性：通过CDMA技术实现一对多的控制(一个甲板单元对多个释放器)；

(4)方便性：本发明是水下锚定监测系统的快捷回收手段，操作简单，容易回收。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的硬件技术构架图；

图2是本发明的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，本发明的收发系统，包括设置在甲板单元的超声波发射模块、接受所述超声波发射模块指令的超声波接收模块、数据采集模块、WIFI模块以及舵机模块，所述WIFI模块的功能是实现数据采集模块与甲板单元之间的通信，所述超声波接收模块和数据采集模块通过舵机模块连接在重石块上，所述重石块为重量能够沉入海底的石块，优选重石块重量为50kg；在大海的不同区域部署若干子系统，使其沉入水底；所述子系统包括超声波接收模块、数据采集模块以及舵机模块；所述数据采集模块用于自动检测海底的温度、水压、PH、盐度、浊度数据，且还用于测试超声波接收模块内部状态，所述模块内部状态电池电压、深度、姿态数据；所述舵机模块用于在超声波接收模块接收到超声波发射模块的回收命令后，超声波接收模块控制舵机模块打开锁链，使超声波接收模块和数据采集模块上浮到水面，实现设备的回收。

进一步地，所述超声波发射模块包括控制器、信号源发生器、超声波换能器、调制模块、匹配模块，用于使用GOLD序列作为信号源，调频得到调制信号，通过匹配模块控制超声波换能器发出不同频率的超声波。

进一步地，所述超声波接收模块包括滤波放大器、解调模块、信号处理模块，用于通过解调模块得到解调后的信号，并进行相关性处理得到超声波的频率，根据不同频率的超声波做出不同的反馈。

进一步地，所述控制器用于将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；当所述收发系统工作时，控制器根据信号源发生器发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器发射不同频率的超声波束。

进一步地，所述信号源发生器，通过m序列产生GOLD序列，作为信号源。

进一步地，所述超声波换能器用于以声能的形式在超声波发射模块内发射超声波束。

进一步地，所述调制模块运用频移键控的调制方法，对发来的信号源进行调制；所述匹配模块用于将信号源发生器发来的不同功率的电信号发送给对应的超声波换能器，提高超声波换能器的工作效率。

进一步地，所述滤波放大器用于滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出。

进一步地，所述解调模块用于将超声波换能器发来的电信号进行解调；所述信号处理模块用于将所述解调模块解调之后的信号进行处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。

一种基于GOLD序列的声学释放器收发方法，包括以下收发步骤：

步骤一、使用信号源发生器发射GOLD序列；

步骤二、使用调制模块通过调频的方式，对GOLD序列进行调制，得到电信号；

步骤三、通过匹配模块和控制器，将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；

步骤四、根据发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器向水中的超声波接收模块发射不同频率的超声波束；

步骤五、当水中的超声波换能器接收到超声波信号时，通过滤波放大器，滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出；

步骤六、水声换能器接收到的声波信号通过解调模块进行解调得到解调后的信号；

步骤七、信号处理模块将解调之后的信号进行放大处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。

需要说明的是：图1中接收模块1、接收模块2……接收模块n为n个子系统，即是子系统1、子系统2…系统n。

本发明的工作流程为：

首先，将超声波接收模块和数据采集模块通过舵机模块连接在重石块上，在大海的不同区域部署若干子系统，使其沉入水底，重石块使用不造成污染的自然石料，将不进行回收，密封壳体为各模块提供耐压保护，能够承受大深度水静压力，重量轻、体积小、耐海水腐蚀。

其次，超声波接收模块和数据采集模块跟随重石块沉入海底进行海底探测工作，可自动检测海底的温度，水压，PH，盐度，浊度等，并进行实时记录与分析。同时也可测试模块内部状态，包括电池电压、深度、姿态等。

再次，经过一段时间，回收人员乘船来到检测点附近，使用甲板单元的超声波发射模块发射特定频率的超声波，控制数据采集模块进行自检，查看是否符合回收的状态。若符合，则超声波发射模块再次发射特定频率的超声波(与第一次发射的超声波频率不同)，控制舵机模块打开与重石块的连接部位，从而使超声波接收模块和数据采集模块自然上浮。

最后，回收人员在周围海域回收漂浮在海面上的超声波接收模块和数据采集模块，最终实现海底状况信息的采集和模块的回收。

本发明是水下锚定监测系统的快捷回收手段，通过CDMA技术实现一对多的控制，可选分体安装，方法简单可靠，易实现。

需要说明的是，在本文中，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过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统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，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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：包括设置在甲板单元的超声波发射模块、接受所述超声波发射模块指令的超声波接收模块、数据采集模块、WIFI模块以及舵机模块，所述WIFI模块的功能是实现数据采集模块与甲板单元之间的通信，所述超声波接收模块和数据采集模块通过舵机模块连接在重石块上，所述重石块为重量能够沉入海底的石块，在大海的不同区域部署若干子系统，使其沉入水底；所述子系统包括超声波接收模块、数据采集模块以及舵机模块；所述数据采集模块用于自动检测海底的温度、水压、PH、盐度、浊度数据，且还用于测试超声波接收模块内部状态，所述模块内部状态电池电压、深度、姿态数据；所述舵机模块用于在超声波接收模块接收到超声波发射模块的回收命令后，超声波接收模块控制舵机模块打开锁链，使超声波接收模块和数据采集模块上浮到水面，实现设备的回收。

2.根据权利要求1所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述超声波发射模块包括控制器、信号源发生器、超声波换能器、调制模块、匹配模块，用于使用GOLD序列作为信号源，调频得到调制信号，通过匹配模块控制超声波换能器发出不同频率的超声波。

3.根据权利要求1所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述超声波接收模块包括滤波放大器、解调模块、信号处理模块，用于通过解调模块得到解调后的信号，并进行相关性处理得到超声波的频率，根据不同频率的超声波做出不同的反馈。

4.根据权利要求2所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述控制器用于将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；当所述收发系统工作时，控制器根据信号源发生器发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器发射不同频率的超声波束。

5.根据权利要求2所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述信号源发生器，通过m序列产生GOLD序列，作为信号源。

6.根据权利要求2所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述超声波换能器用于以声能的形式在超声波发射模块内发射超声波束。

7.根据权利要求2所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述调制模块运用频移键控的调制方法，对发来的信号源进行调制；所述匹配模块用于将信号源发生器发来的不同功率的电信号发送给对应的超声波换能器，提高超声波换能器的工作效率。

8.根据权利要求3所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述滤波放大器用于滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出。

9.根据权利要求3所述的一种基于GOLD序列的声学释放器收发系统，其特征在于：所述解调模块用于将超声波换能器发来的电信号进行解调；所述信号处理模块用于将所述解调模块解调之后的信号进行处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。

10.一种基于GOLD序列的声学释放器收发方法，利用权利要求1至9任一项所述的收发系统，其特征在于：包括以下收发步骤：

步骤一、使用信号源发生器发射GOLD序列；

步骤二、使用调制模块通过调频的方式，对GOLD序列进行调制，得到电信号；

步骤三、通过匹配模块和控制器，将超声波换能器与其所属的谐振频率建立一一对应关系；

步骤四、根据发来的不同功率的电信号，控制不同超声波换能器向水中的超声波接收模块发射不同频率的超声波束；

步骤五、当水中的超声波换能器接收到超声波信号时，通过滤波放大器，滤除声波在水中传输时的噪声信号，得到一个在20KHz-500MHz之间的固定声波信号，并进行放大输出；

步骤六、水声换能器接收到的声波信号通过解调模块进行解调得到解调后的信号；

步骤七、信号处理模块将解调之后的信号进行放大处理，得到超声波的对应频率，并以百分之五十的占空比控制舵机模块打开与重石块的连接部位，通过软件控制数据采集模块进行自检和发送采集的数据至甲板单元。