CN109905183B

CN109905183B - 一种基于超声波传输的水下通信装置及水下通信方法

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Publication number: CN109905183B
Application number: CN201910122628.1A
Authority: CN
Inventors: 杨世惟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: CN109905183A

Abstract

本发明公开了一种基于超声波传输的水下通信装置及水下通信方法，该水下通信装置包括由发送控制模块和超声波发送模块组成的发送系统，还包括由超声波接收模块和接收控制模块组成的接收系统，所述发送控制模块接收和识别外部手势信号，并将识别后的手势信号对应的任务指令发送至超声波发送模块，超声波发送模块根据接收到的任务指令发送相应的超声波信号；超声波接收模块接收到信号后将其转换为电信号发送至接收控制模块，接收控制模块将接收到的信号进行识别，并将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块以显示信息。本发明提供的基于超声波传输的水下通信装置，不受水下作业环境的影响，传递信息的效率和准确性均较高。

Description

一种基于超声波传输的水下通信装置及水下通信方法

技术领域

本发明涉及水下通讯设备研究领域，具体涉及一种潜水员在水下进行信息传递的设备，尤其涉及一种基于超声波传输的水下通信装置及水下通信方法。

背景技术

随着人类对海洋的探索更加深入，水下作业在军事、考古、科研环境研究等诸多领域起到的作用也越来越大。然而，水下工作的危险也不言而喻，如水压、环境昏暗、具有攻击性的生物、水下交流困难等等，以潜水员之间的水下交流为甚。

目前，市面上已经拥有了许多潜水员的水下交流设备，但由于浑浊的水质、过远的距离及漂浮的固形物等的影响，潜水员主要的信息传达方式仍停留在手势交流阶段。然而，复杂的环境和水下高度紧张的作业，使得潜水员往往难以辨识他人的手势信息，会导致紧急情况下潜水员无法及时传达信息，造成极大的危险和不可挽回的损失。

因此，有必要提供一种不受水下作业环境影响、能够远距离快速传达信息、信息传递效率高的水下信息传递设备。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种基于超声波传输的水下通信装置，该呼唤器包括由发送控制模块和超声波发送模块组成的发送系统，还包括由超声波接收模块和接收控制模块组成的接收系统，所述发送控制模块接收和识别外部手势信号，并将识别后的手势信号对应的任务指令发送至超声波发送模块，超声波发送模块根据接收到的任务指令发送相应的超声波信号；超声波接收模块接收到信号后将其转换为电信号发送至接收控制模块，接收控制模块将接收到的信号进行识别，并将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块以显示信息，所述水下通信装置不受水下作业环境影响、能够远距离快速传达信息，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，提供了一种基于超声波传输的水下通信装置，所述水下通信装置包括发送系统和接收系统，其中，

所述发送系统包括通过电性连接的发送控制模块1和超声波发送模块2；

所述发送控制模块1用于接收和识别外部手势信号，并将识别后的手势信号对应的任务指令发送至超声波发送模块2，

所述超声波发送模块2根据接收到的任务指令发送相应的超声波信号；

所述接收系统包括通过电性连接的超声波接收模块3和接收控制模块4，

所述超声波接收模块3用于将接收到的超声波信号处理后发送至接收控制模块4，

所述接收控制模块4用于将接收到的信号进行识别，并将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块7。

第二方面，提供了一种基于超声波传输的水下通信方法，优选采用第一方面所述的水下通信装置进行，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立手势信号数据库，存储至数据库模块5；

步骤2，采集发送者手势信息，经过处理后，通过超声波发送模块2发出；

步骤3，超声波接收模块3接收到信息，经过接收控制模块4的处理，通过接收端显示模块7显示，使得接收者获得手势信息。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供的基于超声波传输的水下通信装置，结构简单，操作便利，成本低，易于控制，安全性高，通用性强；

(2)本发明提供的基于超声波传输的水下通信装置，不受水下作业环境的影响，传递信息的效率高；

(3)本发明提供的基于超声波传输的水下通信装置，对手势动作的识别精确，匹配速度快，提高了手势信号传递的准确性；

(4)本发明提供的基于超声波传输的水下通信装置，利用超声波进行传输，增加了水下通信的距离，提高了呼唤器的适用范围；

(5)本发明提供的基于超声波的水下通信方法，步骤简单，灵活性高。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的水下通信装置的整体结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式的验证声波传输信号是否可行的装置结构示意图。

附图标号说明：

1-发送控制模块；

11-信号感测模块；

12-信号存储模块；

13-信号识别模块；

2-超声波发送模块；

3-超声波接收模块；

4-接收控制模块；

5-数据库模块；

6-发射端显示模块；

7-接收端显示模块；

100-示波器；

200-接收端换能器；

300-信号发生器；

400-发射端换能器；

500-水槽；

600-导轨；

700-支架。

具体实施方式

下面通过附图和实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种基于超声波传输的水下通信装置，如图1所示，所述水下通信装置包括发送系统和接收系统，其中，

所述接收系统包括通过电性连接的超声波接收模块3和接收控制模块4。

其中，频率高于20k赫兹的声波称为超声波，它具有良好的穿透能力，并且在水中衰减较小，能力较为集中。

本发明人研究发现，虽然电磁波在水下的传输速度较快，但其在水下的衰减很大、传输距离近且效率低，很难满足潜水员在水下的通信需求。

而超声波因穿透能力强和方向性好的特点，可以在水下进行远距离通信，因此，本发明中优选采用超声波作为水下通信装置的信息传输手段。

在本发明中，为进一步确认水下利用声波进行传输信号是否可行，采用以下步骤进行验证：

步骤a，连接验证用器材。

根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，所述验证用器材包括作为接收端的示波器100和接收端换能器200，作为发射端的信号发生器300和发射端换能器400；

所述验证用器材还包括水槽500，在水槽底部设置有导轨600和两个可沿导轨滑动的支架700。

其中，所述导轨由3D打印制成，所述信号发生器为低频信号发生器，频率、波形精度高，如：飞逸公司的FY2100s-5M型信号发生器，可以输出0～50KHZ的正弦波频率范围，全范围频率不分档，可以直接数字设置；所述示波器优选为数字示波器，如：泰克公司的TBS1104，具有精度高、量程大，每条通道都能自动测量、自动设置，且可以减少测量时由于运行时间长造成的误差。

在本发明中，所述换能器优选为压电超声换能器，其能够利用压电效应将电信号和机械振动相互转化，以接收和发送声波。

在进一步优选的实施方式中，连接所述验证用器材，并使所有器材保持关闭状态。

其中，将导轨600、支架700在水中组装，将接收端换能器200与示波器100的功率输出接口连接，将发射端换能器400与信号发生器的功率输出接口连接。

步骤b，获得水中环境的背景噪声。

其中，在连接完验证用器材后，确保发射端关闭，打开接收端的示波器100，保持接收端与水体静止，由示波器中显示的峰值电压可以获得水中环境的背景噪声。

在本发明中，接收端在接收到声波信号后示波器将显示其频率、波形和峰值电压，其中，峰值电压为接收端接收到声波信号的强度，即为水中环境的背景噪声。

优选地，本发明中采用多次读取峰值电压数据并取平均值的方法获得静止状态下的接收端峰值电压，记为V₀。

步骤c，获取不同频率声波的最大传输距离。

其中，步骤c包括以下子步骤：

步骤c-1，调节发射端换能器和接收端换能器之间的距离为最小，记为A1，开启信号发生器，输出一定频率(B1)的信号，获取接收端峰值电压。

步骤c-2，关闭信号发生器，改变发射端换能器和接收端换能器之间的距离为A2，然后开启信号发生器，输出一定频率(B1)的信号，获取接收端峰值电压。

其中，A2与A1的差值为5mm。

步骤c-3，重复步骤c-1～c-2，直至接收端峰值电压与静止状态下的接收端峰值电压(V₀)相同，获得一定频率声波在水中的最大传输距离。

其中，当获得的接收端峰值电压与静止状态下的接收端峰值电压相同时，将发射端换能器抽出水面，观察波形与峰值电压强度的变化情况，然后重复此操作多次，若波形均无变化，则可判定接收端无法接收到声波，则该频率的传输距离达到最大值。

步骤c-4，改变信号发生器输出信号的频率为B2，重复步骤c-1～c-4，获得不同频率声波在水中的最大传输距离。

步骤d，根据步骤c中的测定结果，判断水下利用超声波进行传输信号的可行性。

在本发明中，当步骤c中接收端的激励信号峰值电压大于水中环境的背景噪声(底噪值，即峰值电压V₀)时，则判定水下利用超声波进行信号传输是可行的；反之，则判定水下利用超声波进行传输信号是不可行的。

根据本发明一种优选的实施方式，所述水下通信装置的水下适用传输距离为10米。

在进一步优选的实施方式中，所述水下通信装置利用的超声波的频率为30～50KHZ，优选为40KHZ。

根据本发明一种优选的实施方式，所述发送控制模块1用于接收和识别外部手势信号，并将识别后的手势信号对应的任务指令发送至超声波发送模块2，

所述超声波发送模块2根据接收到的任务指令发送相应的超声波信息。

根据本发明一种优选的实施方式，所述发送控制模块1包括信号感测模块11、信号存储模块12和信号识别模块13，其中，

所述信号感测模块11用于感测接收外部手势信号，并对手势信号进行处理后传输至信号存储模块12进行存储。

在进一步优选的实施方式中，所述信号感测模块11通过动作采集传感器获取手势信号的数据；

所述对手势信号数据进行的处理为进行滤波处理和归一化处理。

优选地，所述动作采集传感器为六轴加速度传感器。

本发明人研究发现，手势加速度信号主要为低频信号，要求加速度传感器具有较高的灵敏度，因此本发明中优选采用六轴加速度传感器采集外部手势信号。

其中，所述六轴加速度传感器一般是指三轴陀螺仪和三轴加速度计的组合，本发明中采用六轴加速度传感器进行手势信号的采集，能够同时测量6个方向的位置、移动轨迹以及加速，同时可以实现双轴正负90度或双轴0～360度的倾角，具有较高的校正精度，能够更准确的采集外部手势信号信息。

在本发明中，由于加速度信号在激励、检测和传输过程中会不同程度地受到随机噪声的污染，同时，手的抖动也会引入噪声，因此，必须对手势加速度信号进行滤波去噪处理，以滤除干扰噪声，本发明中优选将加速度传感器的X、Y、Z轴输出数据对时间曲线进行滤波。其中，所述滤波处理为现有技术中常用的滤波算法，如：加权滤波法、滑动滤波法等。

由于人的手势动作幅度不固定，不同人做出相同手势信号的幅度和速度不同，因此，需要对采集的手势加速度数据进行归一化处理，以消除加速度信号幅度的差异对识别精度的影响。

在更进一步优选的实施方式中，所述信号感测模块11还连接有按钮模块，用于唤醒信号感测模块进行外部手势信号的采集，进而获取有效手势信号。

其中，预先建立按压时加速度数据的上限值和下限值，按压按钮模块，信号感测模块获取到的加速度大于上限值时，则认为手势信号开始；松开按钮模块，信号感测模块获取到的加速度小于下限值时，则认为手势信号结束。

根据本发明一种优选的实施方式，所述信号识别模块13分别与信号存储模块12和数据库模块5连接，其中，

所述数据库模块5预先存储多组手势信号，以形成手势信号标准数据库，所述手势信号分别与相应的任务指令相关联。

其中，所述与手势信号相应的任务指令优选为电信号，如：手势信号一对应发射一次电平信号给超声波发送模块，手势信号二对应发射两次电平信号给超声波发送模块，手势信号三对应发射三次电平信号给超声波发送模块。

在进一步优选的实施方式中，所述信号识别模块13用于将接收到的手势信号与数据库模块5中的多组手势信号进行匹配识别，以将匹配识别成功的手势信号传递至超声波发送模块2。

在更进一步优选的实施方式中，所述匹配识别为将接收到的手势信号的X、Y、Z三轴数据与数据库模块中手势信号数据库进行比对。

其中，首先获得接收到的手势信号的权重值，然后将其与数据库模块中的手势信号数据库的权重值进行一一匹配，获得多组匹配值，选取最大的匹配值对应的数据库模块中存储手势信号的权重值，并根据权重值获得匹配的手势信号，然后将信号传递至超声波发送模块2。

根据本发明一种优选的实施方式，所述超声波发送模块2用于将接收到的任务指令转换为超声波信号，并进行发送。

其中，所述接收到的任务指令为电信号，需要超声波发送模块将其转换为相应的声波信号，以进行发送。

在进一步优选的实施方式中，所述超声波发送模块2为压电超声换能器，其频率为30～50KHZ，优选为40KHZ。

其中，所述压电超声换能器能够将声波信号与模拟电压信号进行相互转换，且能确保其他频段的声波信号被屏蔽。

根据本发明一种优选的实施方式，所述发送控制模块1还连接有发射端显示模块6，以提示发送者手势信号是否成功匹配。

在进一步优选的实施方式中，所述发射端显示模块6优选为LED灯，若匹配成功，则LED灯点亮，同时发送超声波信号；

若未匹配成功，则LED灯不亮，发送者重新发出手势信号，直至匹配成功。

根据本发明一种优选的实施方式，所述超声波接收模块3用于将接收到的超声波信号处理后发送至接收控制模块4，

所述处理为将超声波信号转换为电信号。

在进一步优选的实施方式中，所述超声波接收模块3为压电超声换能器，

优选地，所述超声波接收模块3与超声波发送模块2的结构相同。

其中，所述超声波接收模块和超声波发送模块均为压电超声换能器，超声波接收模块能够将接收到的超声波信号转换为模拟电压信号，而能保证其他频段的声波信号被屏蔽。

根据本发明一种优选的实施方式，所述接收控制模块4用于将接收到的信号进行识别，并将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块7。

其中，所述接收控制模块4接收到的信号为电信号。

在进一步优选的实施方式中，所述接收端显示模块7的显示信号预先与接收信号对应的任务指令相关联，从而在接收到任务指令时，显示相应的信号。

在本发明中，所述接收端显示模块优选为LED显示灯，接收到的任务指令优选为电信号。例如：手势信号一对应发射一次电平信号给超声波发送模块，超声波发送模块将其转换为一组超声波发送，超声波接收模块将接收到的一组超声波转换为一次电平信号发送给接收控制模块，接收控制模块将接收到的一次电平信号对应的LED灯控制指令发送至接收端显示模块，进而点亮手势信号一对应的LED显示灯，完成信息的传递。

其中，若接收端显示模块未显示，则表示通信未成功，发出端操作者需重新发出手势。

本发明还提供了一种基于超声波传输的水下通信方法，优选采用上述的基于超声波传输的水下通信装置进行，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立手势信号数据库，存储至数据库模块5。

其中，所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1-1，操作者做出一种手势动作，通过信号感测模块11采集动作数据。

其中，所述信号感测模块优选为六轴加速度传感器，在操作者做出一定手势动作的过程中，采集六轴加速度传感器中的数据。

步骤1-2，获取有效手势信号数据。

根据本发明一种优选的实施方式，通过按压按钮模块获取有效手势信号数据。

其中，预先建立按钮模块的按压加速度的上限值和下限值，按压按钮模块，信号感测模块获取到的加速度大于上限值时，则开始获取手势信号；松开按钮模块，信号感测模块获取到的加速度小于下限值时，则结束获取手势信号。

步骤1-3，对获取的有效手势信号数据进行预处理。

根据本发明一种优选的实施方式，所述预处理包括滤波处理和归一化处理。

在本发明中，将加速度传感器的X、Y、Z轴输出数据对时间曲线进行滤波，所述滤波处理为现有技术中常用的滤波算法，如：加权滤波法、滑动滤波法等。

所述归一化处理为现有技术中常用的处理方法，能消除加速度信号幅度的差异对识别精度的影响即可。

步骤1-4，重复做出步骤1-1中的手势动作，采集并获取有效手势信号数据，对数据进行预处理后，获得此种手势的最终信号数据。

其中，采用DTW(动态时间规整)算法对获得的步骤1-1所述的特定手势动作的多个数据进行比对，选取一个与其他数据具有最大相似度的数据为此种手势的最终信号数据。

步骤1-5，更换多种手势动作，重复步骤1-1～步骤1-4，建立手势信号数据库，并存储至数据库模块5中。

优选地，在建立好手势信号数据库后，将其中的手势信号分别于相应的任务指令相关联。

更优选地，对建立的手势信号数据库进行处理，获得手势信号数据库权重值。

其中，获取手势信号数据库权重值有利于与感测的外部手势信号进行匹配。

步骤2，采集发送者手势信息，经过处理后，通过超声波发送模块2发出。

其中，步骤2包括以下子步骤:

步骤2-1，采集发送者做出的手势信号数据，并截取其有效数据。

其中，所述信号感测模块优选为六轴加速度传感器，在做出一定手势动作的过程中，采集六轴加速度传感器中的数据。

在本发明中，在手势信号数据开始采集前，按压按钮模块，以唤醒信号感测模块采集有效手势信号。

步骤2-2，对有效手势信号数据进行处理，然后存储至信号存储模块12。

其中，所述处理包括滤波处理和归一化处理。

步骤2-3，将存储的手势信号数据与数据库模块5中的手势信号数据库进行匹配识别，选取匹配成功的手势信号数据发送至超声波发送模块2。

在本发明中，获得存储的手势信号的权重值，然后将其与手势信号数据库权重值进行一一匹配，获得多组匹配值，选取最大的匹配值对应的手势信号数据库权重值，并根据权重值获得匹配的手势信号，然后将信号传递至超声波发送模块2。

其中，若匹配成功，则发射端显示模块显示成功；若未匹配成功，则发射端显示模块无显示。在本发明中，所述发射端显示模块优选为LED灯，若匹配成功，则LED灯亮；若未匹配成功，则LED灯不亮。

步骤2-4，所述超声波发送模块2接收到手势信号数据对应的任务指令，将其转换为超声波信号进行发送。

根据本发明一种优选的实施方式，所述超声波发送模块2为压电超声换能器，其频率为30～50KHZ，优选为40KHZ。

其中，所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3-1，超声波接收模块3将接收到的超声波信号转换为电信号，并发送至接收控制模块4。

根据本发明一种优选的实施方式，所述超声波接收模块3为压电超声换能器，优选地，所述超声波接收模块3与超声波发送模块2的结构相同。

步骤3-2，接收控制模块4将接收到的电信号进行识别，然后将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块7。

例如：手势信号一对应发射一次电平信号给超声波发送模块，超声波发送模块将其转换为一组超声波发送，超声波接收模块将接收到的一组超声波转换为一次电平信号发送给接收控制模块，接收控制模块将接收到的一次电平信号对应的LED灯控制指令发送至接收端显示模块。

步骤3-3，接收端显示模块7执行接收到的命令，通过灯光信号显示接收到的手势信息，以被接收者获得。

其中，所述接收端显示模块优选为LED灯，其根据接收到的LED灯控制指令控制相应手势信号对应的LED显示灯，以完成信息的传递。

实施例

实施例1

按照下述步骤验证水下利用超声波进行信号传输的可行性：

步骤a，检查设备情况，连接器材并确保所有设备保持关闭状态，将导轨，支架在水中组装；换能器分别与示波器，信号发生器功率输出口连接，并放置于支架上；

其中，导轨支架由3D打印制成，信号发生器选用飞逸公司的FY2100s-5M型信号发生器，可以输出0到50KHZ的正弦波频率范围，示波器选用泰克公司的TBS1104。

步骤b，在连接完验证用器材后，确保发射端关闭，打开接收端的示波器，保持接收端与水体静止，由示波器中显示的峰值电压可以获得水中环境的背景噪声，多次读取峰值电压数据并取平均值，经测量，静止状态下，接收端在的峰值电压为20mv。

步骤c，调节发射端换能器和接收端换能器之间的距离为最小，此时两端换能器距离20mm，开启信号发射器，输出频率调至1KHZ，接收端示波器显明显波形，保持装置静止，多次读取接收端峰值电压并记录平均值；

关闭信号发生器，改变发射端换能器和接收端换能器之间的距离，每次增加5mm，直到接收端峰值电压在20mv波动时，此时接收峰值电压与静水一致；将发射端换能器抽出水面，观察波形与峰值电压强度的变化情况，然后重复此操作多次，若波形均无变化，则可判定接收端无法接收到声波，则该频率的传输距离达到最大值；

依次调节输出频率为2KHZ、3KHZ、4KHZ、8KHZ、10KHZ、16KHZ、28KHZ、32KHZ和40KHZ，重复步骤a～c，获得不同频率声波在不同距离下的接收强度数据，结果如表1所示：

表1

由表1可知，在不同声波发射频率下，均存在部分传输距离下的接收强度大于水中环境的背景噪声(即峰值电压20mv)，说明水下利用超声波传输信号是可行的。

实施例2

连接本发明所述基于超声波传输的水下通信装置，其中，发送控制模块和接收控制模块均采用Arduino101/Genuino101开发板(以ATmega328P为主芯片)，所述开发板能够采集、存储和匹配识别外部手势信号；超声波发送模块和超声波接收模块均采用压电超声换能器(标称频率：40KHZ；发射声压at10V(0dB＝0.02mPa)：≥108dB；静电容量at1KHZ，＜1V(PF)：2400±30％)；发送端显示模块和接收端显示模块均采用LED的灯组。

采用上述组成的水下通信装置按照以下步骤进行水下通信，其中，接收者与发送者之间的距离为10米：

步骤1，建立手势信号数据库，存储至Arduino101/Genuino101开发板的主芯片中：

首先，采集三种手势动作做为手势信号数据库，三种手势分别为手势信号一、手势信号二和手势信号三，其中，先采集手势一的加速度数据；然后通过按钮模块获取手势信号一的有效手势信号数据；再对有效手势信号数据依次进行滤波处理和归一化处理，并将数据采用DTW算法计算分析，获得手势信号一的最终信号数据；最后，重复上述操作，分别获得手势二和手势三的最终信号数据，获得其权重值后存储至主芯片；

设定与三种手势信号相关联的任务指令，其中，手势信号一对应发射一次电平信号给超声波发送模块，手势信号二对应发射两次电平信号给超声波发送模块，手势信号三对应发射三次电平信号给超声波发送模块。

步骤2，采集发送者手势信息，经过处理后，通过发射端的压电超声换能器发出超声波：

首先，采集发送者的手势动作加速度数据，并获取有效的手势信号数据；然后，将上述获取的有效手势信号数据依次进行滤波处理和归一化处理，并将处理后数据的权重值与手势信号数据库权重值进行匹配，结果显示：发送者的手势动作与数据库中的手势二匹配成功，则将该手势信号对应的任务指令(发射两次电平信号给超声波发送模块)发送至发射端的压电超声换能器；发射端的压电超声换能器将接收到的任务指令转换为相应的超声波信号，即：发送两组超声波信号，其中，超声波频率为40KHZ。

步骤3，接收端的压电超声换能器接收到超声波信号，经过主芯片的处理，通过接收端LED灯组显示，使得接收者获得手势信息：

首先，接收端的压电超声换能器将接收到的两组超声波信号转换为两次电平信号，并将其发送至开发板主芯片；主芯片将接收到的两次电平信号对应的LED灯组二点亮的命令发送至接收端的LED灯组，进而点亮手势二对应的LED灯组二，使得接收者获得发送者的手势信息。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于超声波传输的水下通信装置，其特征在于，所述水下通信装置包括发送系统和接收系统，其中，

所述发送系统包括通过电性连接的发送控制模块(1)和超声波发送模块(2)；

所述发送控制模块(1)用于接收和识别外部手势信号，并将识别后的手势信号对应的任务指令发送至超声波发送模块(2)，

所述发送控制模块(1)包括信号感测模块(11)、信号存储模块(12)和信号识别模块(13)，其中，

所述信号感测模块(11)连接有按钮模块，用于唤醒信号感测模块(11)进行外部手势信号的采集，进而获取有效手势信号；

其中，预先建立按压时加速度数据的上限值和下限值，按压所述按钮模块时，所述信号感测模块(11)获取到的加速度大于上限值时，则认为手势信号开始；松开所述按钮模块时，所述信号感测模块(11)获取到的加速度小于下限值时，则认为手势信号结束；

所述信号感测模块(11)用于感测接收外部手势信号，并对手势信号进行处理后传输至信号存储模块(12)进行存储，

所述信号识别模块(13)分别与信号存储模块(12)和数据库模块(5)连接，其中，

所述数据库模块(5)预先存储多组手势信号，以形成手势信号数据库，所述手势信号分别与相应的任务指令相关联；

所述信号识别模块(13)用于将接收到的手势信号与数据库模块(5)中的多组手势信号进行匹配识别，以将匹配识别成功的手势信号传递至所述超声波发送模块(2)；

所述超声波发送模块(2)根据接收到的任务指令发送相应的超声波信号；

所述接收系统包括通过电性连接的超声波接收模块(3)和接收控制模块(4)，

所述超声波接收模块(3)用于将接收到的超声波信号处理后发送至接收控制模块(4)，

所述接收控制模块(4)用于将接收到的信号进行识别，并将识别的信号对应的任务指令发送至接收端显示模块(7)。

2.根据权利要求1所述的水下通信装置，其特征在于，所述发送控制模块(1)还连接有发射端显示模块(6)，以提示发送者手势信号是否匹配成功。

3.根据权利要求1所述的水下通信装置，其特征在于，所述超声波发送模块(2)将接收到的任务指令先转换为超声波信号，再进行发送。

4.根据权利要求1所述的水下通信装置，其特征在于，所述超声波接收模块(3)将接收到的超声波信号线转换为电信号，再发送至接收控制模块(4)，

所述超声波接收模块(3)与超声波发送模块(2)的结构相同。

5.一种基于超声波传输的水下通信方法，采用权利要求1至4之一所述的水下通信装置进行，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立手势信号数据库，存储至数据库模块(5)；

步骤2，采集发送者手势信息，经过处理后，通过超声波发送模块(2)发出；

步骤3，超声波接收模块(3)接收到信息，经过接收控制模块(4)的处理，通过接收端显示模块(7)显示，使得接收者获得手势信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：

步骤1-1，操作者做出一种手势动作，通过信号感测模块(11)采集动作数据；

步骤1-2，获取有效手势信号数据；

步骤1-3，对获取的有效手势信号数据进行预处理；

步骤1-4，重复做出步骤1-1中的手势动作，采集并获取有效手势信号数据，对数据进行预处理后，获得此种手势的最终信号数据；

步骤1-5，更换多种手势动作，重复步骤1-1～步骤1-4，建立手势信号数据库，并存储至数据库模块(5)中。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：

步骤2-1，采集发送者做出的手势信号数据，并截取其有效数据；

步骤2-2，对有效手势信号数据进行处理，然后存储至信号存储模块(12)。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤2-2之后，还包括以下步骤：

步骤2-3，将存储的手势信号数据与数据库模块(5)中的手势信号数据库进行匹配识别，选取匹配成功的手势信号数据发送至超声波发送模块(2)；

步骤2-4，所述超声波发送模块(2)接收到手势信号数据对应的任务指令，将其转换为超声波信号进行发送。