CN116260529A - 一种跨海水介质高速率信息传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨海水介质高速率信息传输装置，属于新型跨域低频机械天线与水下航行器结构共形设计等技术领域，采用新型跨域低频机械天线模块化设计、与水下航行器结构采用一体化设计，形成跨域低频电磁通导航行器的结构设计方案，并给出跨域低频电磁通导航行器的典型应用模式，持续为水下目标提供可靠的信息传输链路。
Description
技术领域
本发明属于新型跨域低频机械天线与水下航行器结构共形设计等技术领域，更具体地，涉及一种跨海水介质高速率信息传输装置。
背景技术
由于水中声信息传输速度慢、传输速率低，传统水下通信技术存在建造成本高、传输速率极低等问题。跨域低频机械天线技术的突破，就有望把发信天线体积缩小到米级，或者更小，可提供一种更可靠、传输速率更高的信息保障链路，实现跨介质信息的互联互通。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种跨海水介质高速率信息传输装置，将具备跨域低频信息传输的机械天线安装部署在水下航行器上，与水下航行器进行共形设计，航行在水下20m～100m深度，建立信息通信中继链路，实现多种跨介质目标间的信息互联互通。
为实现上述目的，本发明提供了一种跨海水介质高速率信息传输装置，包括：
将跨域低频机械天线进行模块化设计，然后将模块化设计的跨域低频机械天线与水下航行器结构采用一体化设计，形成跨域低频电磁通导航行器。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频机械天线的材料采用驻极体准永久电荷的电介质材料。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频机械天线采用的充电方式包括热极化、外界直接注入电荷载流子或用单能电子束作为外界电荷源辐照电介质薄膜，把空间电荷注入电介质和光驻极体。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频机械天线高频激振的需求选用非金属材料，为振动式高频激振所需的机械天线提供性能优异的换能器。
在一些可选的实施方案中，所述非金属材料在大幅度机械振动时，不同位置的运动幅度和相位不同，采用在不同位置加载不同密度或不同极性的电荷，使辐射效果达到最佳。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频电磁通导航行器采用直径533mm的水下航行器，能够发射回收，主要组成由航行器壳体结构、推进器、能源系统、处理单元、导航单元、机械天线模块、姿态调整装置及高频声学通信模块组成，其中，机械天线和导航单元采用模块化设计，与航行器结构一体化设计安装。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频电磁通导航行器重量约1000kg；航速为2kn～10kn；续航力为200km；工作深度为20m～100m；与水下目标通信能力为500m，且具备与海上目标20km、空中目标150km范围内全时通信保障能力，可支持传输速率约50～100bps。
在一些可选的实施方案中，所述跨域低频电磁通导航行器与无人机、水面船、无人艇间建立甚低频或特低频空中-水面-水下跨介质联合通信链路，能够持续在水下建立可靠快速的信息传输路径。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)针对新型跨域低频机械天线与水下航行器的适配性问题，提出了一种跨海水介质高速率信息传输装置，采用新型跨域低频机械天线、导航单元模块化设计，形成与航行器结构一体化共形设计方案，解决安装适配性问题，保障机械天线通导功能及技术指标的实现。并给出跨域低频电磁通导航行器的典型应用模式，持续为水下目标提供可靠的信息传输链路；
(2)根据水下信息保障需求，提出了跨海水介质高速率信息传输装置的主要技术指标，具有信息传输稳定可靠、传输速率高、可双向通信等技术特点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种新型跨域低频机械天线发射系统组成框图；
图2是本发明实施例提供的一种新型跨域低频机械天线模块化结构设计；
图3是本发明实施例提供的一种跨海水介质高速率信息传输装置结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明通过对水下跨介质信息保障需求的分析，提出了一种跨海水介质高速率信息传输装置，采用新型跨域低频机械天线模块化设计、与水下航行器(UnmannedUnderwater Vehicle，UUV)结构采用一体化设计，形成跨域低频电磁通导航行器的结构设计方案，并给出跨域低频电磁通导航行器的典型应用模式，持续为水下目标提供可靠的信息传输链路，具体包括：
(1)新型跨域低频机械天线模块化设计
如图1所示是本发明实施例提供的一种新型跨域低频机械天线发射系统组成框图。如图2所示是本发明实施例提供的一种新型跨域低频机械天线模块化结构设计。机械天线的储能与供电电源材料采用驻极体“准永久”电荷的电介质材料设计方案，采用的充电方式包括热极化、外界直接注入电荷载流子、用单能电子束作为外界电荷源辐照电介质薄膜，把空间电荷(电子)注入电介质中、光驻极体等方式，保证静电荷能长时间、稳定地存储在材料之中，并方便地补充电量。
同时，机械天线机械激励装置中的高频激振的需求选用非金属材料。为振动式高频激振所需的机械天线提供性能优异的换能器。材料在大幅度机械振动时，不同位置的运动幅度和相位不同，采用在不同位置加载不同密度或不同极性的电荷方案，使辐射效果达到最佳。
(2)与水下航行器结构一体化设计
如图3所示，本发明提出的跨域电磁通导航行器采用直径533mm的水下航行器，可发射回收，主要组成由航行器壳体结构、推进器、能源系统、处理单元、导航单元、机械天线模块、姿态调整装置、高频声学通信模块等组成，其中机械天线和导航单元采用模块化设计方案，涉及的模块化机械天线结构如图2所示，与航行器结构一体化设计安装。
其主要技术指标为：
重量：约1000kg；
航速：2kn～10kn；
续航力：200km；
工作深度：20m～100m；
与水下目标通信能力：500m；
通信能力：具备与海上目标20km、空中目标150km范围内全时通信保障能力，可支持传输速率约50～100bps。
(3)跨域电磁通导航行器典型应用模式分析
跨域电磁通导航行器与无人机、水面船、无人艇间建立甚低频或特低频“空中-水面-水下”跨介质联合通信链路，可持续在水下建立可靠快速的信息传输路径。
通过以上技术方案，跨海水介质高速率信息传输装置布放至需要投放海域后，跨海水介质高速率信息传输装置可航行在水下20m～100m之间。
跨海水介质高速率信息传输装置利用机械天线的跨域通信能力，建立“空中-水面-水下”跨介质联合通信链路，建立可靠高速的信息传输路径。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种跨海水介质高速率信息传输装置，其特征在于，包括：
将跨域低频机械天线进行模块化设计，然后将模块化设计的跨域低频机械天线与水下航行器结构采用一体化设计，形成跨域低频电磁通导航行器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述跨域低频机械天线的材料采用驻极体准永久电荷的电介质材料。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述跨域低频机械天线采用的充电方式包括热极化、外界直接注入电荷载流子或用单能电子束作为外界电荷源辐照电介质薄膜，把空间电荷注入电介质和光驻极体。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述跨域低频机械天线高频激振的需求选用非金属材料，为振动式高频激振所需的机械天线提供性能优异的换能器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述非金属材料在大幅度机械振动时，不同位置的运动幅度和相位不同，采用在不同位置加载不同密度或不同极性的电荷，使辐射效果达到最佳。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述跨域低频电磁通导航行器采用直径533mm的水下航行器，能够发射回收，主要组成由航行器壳体结构、推进器、能源系统、处理单元、导航单元、机械天线模块、姿态调整装置及高频声学通信模块组成，其中，机械天线和导航单元采用模块化设计，与航行器结构一体化设计安装。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述跨域低频电磁通导航行器重量约1000kg；航速为2kn～10kn；续航力为200km；工作深度为20m～100m；与水下目标通信能力为500m，且具备与海上目标20km、空中目标150km范围内全时通信保障能力，可支持传输速率约50～100bps。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述跨域低频电磁通导航行器与无人机、水面船、无人艇间建立甚低频或特低频空中-水面-水下跨介质联合通信链路，能够持续在水下建立可靠快速的信息传输路径。
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