CN116405051A - 跨海空一体多功能通信设备及其布放方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种跨海空一体多功能通信设备，包括有：北斗通讯模块；水声通讯模块，换能器；信号输入处理模块，与换能器通讯；信号输出处理模块，与换能器通讯；声学控制单元，与所述信号输入处理模块、信号输出处理模块通讯，与所述北斗通讯模块双向通讯；综合控制处理单元，可用以实现对数据编码、调制和解算以及存储，与所述声学控制单元双向通讯；上位机，与所述综合控制处理单元通讯，与所述声学控制单元双向通讯；缆绳释放装置，布置在水声通讯模块下方，与所述声学控制单元通讯；锚装置，与所述缆绳释放装置连接；本发明的多功能通讯设备可实现水声和北斗双向通讯。

Description

跨海空一体多功能通信设备及其布放方法

技术领域

本发明涉及深海水下监测通信设备技术领域，具体涉及一种跨海空一体多功能通信设备。

背景技术

海洋有着巨大的资源与价值等待着人们去不断开发与利用，但目前人类只探索到了海洋中的约5%，主要原因是除了要面对和克服高压、不稳定的水温、黑暗、缺氧以及高腐蚀性的海水等等诸多自然问题，还要面临使用人造设备在深海看不见、看不远，听不清、听不远以及在通讯互联互通上难以实现等困难。

为了打造透明海洋，为开发利用海洋资源提供技术支持，现有技术中采用固定浮标或临时抛设浮标等类似通信中继手段解决水下与水上用户（包括水面用户（例如，船舶、水面无人船、浮标等）、空中平台（例如，飞行平台（例如，飞机、无人机、气球、气艇等）、天上平台（例如，通过卫星节点应用的平台）、或陆上平台（例如，陆上基地基站、岸上控制室、无线电收发室等））进行通讯，但目前大多水下声学设备都仅仅支持单一模式通讯，通讯方式单一，不能满足用户多样性的使用需求。

发明内容

本发明针对现有技术中水下通讯设备存在的上述技术问题，提出跨海空一体多功能通信设备,同时支持水声和北斗两种通讯方式，并可根据使用场景单独采用北斗浮标或声信标的方式。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供一种跨海空一体多功能通信设备，包括有：

北斗通讯模块；

水声通讯模块，包括有：

换能器，用以收发水声信号，并进行声电信号间的转化；

控制模块，包括有：

信号输入处理模块，与换能器通讯，用以对换能器输入信号进行转换处理；

信号输出处理模块，与换能器通讯，用以对换能器输出信号进行转换处理；

声学控制单元，与所述信号输入处理模块、信号输出处理模块通讯，与所述北斗通讯模块双向通讯；

综合控制处理单元，可用以实现对数据编码、调制和解算以及存储，与所述声学控制单元双向通讯；

上位机，与所述综合控制处理单元通讯，与所述声学控制单元双向通讯；

缆绳释放装置，布置在水声通讯模块下方，与所述声学控制单元通讯；

锚装置，与所述缆绳释放装置连接；

其中，在换能器接收到第一水声触发信号时，声学控制单元能够将换能器通过信号输入处理模块处理后的原始信号传递给上位机或传递给综合控制处理单元处理并存储或处理后传给上位机；

在接收到上位机或综合控制处理单元的通讯指令时，所述声学控制单元能够将信号传输到信号输出处理模块，并将处理的信号经换能器发出；

在北斗通讯模块接收到北斗信号时，所述声学控制单元能够将接收到的北斗信号传输至综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到信号输出处理模块将信号处理后通过换能器发射水声信号或者将信号传递到北斗通讯模块，北斗通讯模块解算后发射北斗信号；

在换能器接收到第二声学信号时，所述声学控制单元能够将经过信号输入处理模块传输来的信号传输到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到北斗通讯模块以发射北斗信号或者声学控制单元将信号传输到信号输出处理模块，处理后信号通过换能器发射水声信号；

在换能器接收到释放绳缆信号时，将信号传递到信号输入处理模块，声学控制单元能够将信号输入处理单元传输的信号传递到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，综合控制处理单元发送指令到声学控制单元，声学控制单元发送指令控制缆绳释放装置动作。

一种基于上述技术方案所述跨海空一体多功能通信设备的布放方法，包括如下步骤：

展开所需布放的跨海空一体多功能通信设备；

将锚装置置于布放船舶的船尾，且使得布放船舶保持低速直线航行；

在缆绳释放装置上缠绕定深所需深度的绳缆；

使用北斗通讯模块布放回收圈，将其放入海中，下放北斗通讯模块与水声通讯模块之间的连接电缆，并在电缆上加装第一浮力材模块，布放水声通讯模块；

将缆绳释放装置端部的缆绳和锚装置连接；

控制布放船舶低速航行至预设站位时，将锚装置抛入海里；

锚装置下落中，将漂浮在海面的北斗通讯模块和水声通讯模块依次拉入水下；

经过第一时间段后锚装置展开落地，北斗通讯模块上浮于海面，完成布放。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提出的一种跨海空一体多功能通信设备，同时支持水声和北斗两种通讯方式，可进行北斗（高速数据传输）和水声通讯（低速），并具备支持基于北斗短报文信息调制生成水声编码的能力；

使用时还可以根据使用场景单独采用北斗浮标或声信标的方式，信标整体既可以作为浮标使用，也可以将北斗通信单元拆除，作为潜标使用，单独采用潜标仅可进行水声通讯，应用场景灵活，具体可以根据用户需求确定。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的控制逻辑图；

图2为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的整体结构图；

图3为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备图2的A-A向剖视图；

图4为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的北斗通讯模块立体结构图；

图5为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的北斗通讯模块主视图；

图6为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的北斗通讯模块的内部结构示意图；

图7为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的绳缆释放装置的结构分解图；

图8为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的绳缆释放装置未动作时的结构图；

图9为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的绳缆释放装置动作时图；

图10为本发明实施例跨海空一体多功能通信设备的绳缆释放装置的弹性限位结构和限位部件配合的结构示意图；

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提出一种跨海空一体多功能通信设备的实施例，其主要包括有：

北斗通讯模块、水声通讯模块、锚装置三大部分，其还包括有辅助模块，辅助模块主要包括辅助浮力材模块，电缆等。

水声通讯模块主要用以水声通信单元的数据采集、记录以及数据分析计算软硬件，是该设备的关键部件，需要通过编程实现设备要求的各项功能。

水声通讯模块，包括有：

换能器，用以收发水声信号，并进行声电信号间的转化；

水声通讯模块还包括有设备舱，在设备舱内布置有电池模块、以及对电池模块充放电管理控制的充放电模块和控制模块。

所述换能器装置布置在所述设备舱的顶部。

设备舱为不锈钢圆柱形，工作深度150米，使用深度60米。两端开盖、通过O型圈密封。

换能器装置布置在设备舱顶部，保护罩围设在换能器装置周圈，与上端盖连接。

在设备舱内部为控制模块之间，下端盖为水密接插件。

控制模块，布置在设备舱内部，包括有：

信号输入处理模块，与换能器通讯，用以对换能器输入信号进行转换处理；

信号输出处理模块，与换能器通讯，用以对输出到换能器的信号进行转换处理；

在本申请的一些实施例中，所述信号输入处理模块包括有：

放大器、模拟滤波器、A/D模数转换模块和数字滤波器；A/D模数转换模块集成在A/D模数转换芯片上；

所述信号输出处理模块包括有：D/A数模转换模块和换能器驱动电路模块。换能器驱动电路模块为具有放大功能的驱动电路，可直接采用现有电路结构即可。

D/A数模转换模块集成在D/A数模转换芯片上。

声学控制单元，与所述信号输入处理模块、信号输出处理模块通讯，

与所述北斗通讯模块双向通讯；

声学控制单元可以传送信号到信号输出处理模块，也可以接收信号输入处理模块的信号，并可以接收或传送信号到北斗通讯模块。

声学控制单元为可编程逻辑阵列，即集成在FPGA芯片上。

综合控制处理单元，可用以实现对数据编码、调制和解算以及存储数据以文件形成，与所述声学控制单元双向通讯；综合控制处理单元集成在数字信号处理芯片（DSP）上。

上位机，与所述综合控制处理单元通讯，与所述声学控制单元双向通讯；

缆绳释放装置，布置在水声通讯模块下方，与所述声学控制单元通讯；

锚装置，与所述缆绳释放装置连接；

单一水声信号接收：

在换能器接受到第一水声触发信号时，声学控制单元能够将换能器通过信号输入处理模块处理后的原始信号传递给上位机或传递给综合控制处理单元处理并存储或处理后传给上位机；

第一水声信号为单一水声信号，换能器接收到第一水声信号声学信号之后，将声信号转换为电信号采集，并传输至信号放大器进行放大，再经过信号滤波器进行第一次滤波，之后传输到A/D模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，转换后进入数字信号滤波器进行二次滤波，进入可编程逻辑阵列（FPGA）进行汇总。

FPGA既可由422电缆或网络接口将未处理过的原始信号直接传输至上位机，也可通过并行串口，将信号传输至数字信号处理芯片（DSP）进行信号的编码、调制和解算。经过处理后的信号既可以MATLAB格式存储在DSP内，也可通过422电缆或网络接口上传至上位机，完成信号的接收工作。

单一水声信号发射:

在接收到上位机或综合控制处理单元的通讯指令时，所述声学控制单元能够将信号传输到信号输出处理模块，并将处理的信号经换能器发出；

由上位机或预先在数字信号处理芯片（DSP）编写好的控制程序给可编程逻辑阵列（FPGA）发送通信指令，FPGA将信号传输至D/A数模转换芯片，并经过换能器驱动电路，将转换后的模拟信号进行放大，传输至换能器发射水声信号。

北斗通信与水声通信的收发组合：

1.接收北斗信号，发射水声信号

在北斗通讯模块接收到北斗信号时，所述声学控制单元能够将接收到的北斗信号传输至综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到信号输出处理模块将信号处理后通过换能器发射水声信号;

北斗通信天线接收到北斗无线信号之后，由422电缆传输到北斗通信模块并继续传输至可编程逻辑阵列（FPGA）汇总，FPGA再将信号传输至DSP和上位机，由DSP进行信号的编码、调制和解算和存储，之后，由DSP或上位机对FPGA发出通信指令，FPGA将信号传输至D/A数模转换芯片，并经过换能器驱动电路，将转换后的模拟信号进行放大，传输至换能器发射水声信号。

2. 接收北斗信号，发射北斗信号

在北斗通讯模块接收到北斗信号时，所述声学控制单元能够将接收到的北斗信号传输至综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到北斗通讯模块，北斗通讯模块解算后发射北斗信号；

斗通信天线接收到北斗无线信号之后，由422电缆传输到北斗通信模块并继续传输至可编程逻辑阵列（FPGA）汇总，FPGA再将信号传输至DSP和上位机，由DSP进行信号的编码、调制和解算和存储，之后，由DSP或上位机对FPGA发出通信指令，FPGA将信号传输至北斗通信模块，北斗通信模块经过解算后发射北斗信号。

3.接收水声信号，发射北斗信号

在换能器接收到第二声学信号时，所述声学控制单元能够将经过信号输入处理模块传输来的信号传输到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到北斗通讯模块以发射北斗信号;

换能器接收到声学信号之后，将声信号转换为电信号采集，并传输至信号放大器进行放大，再经过信号滤波器进行第一次滤波，之后传输到A/D模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，转换后进入数字信号滤波器进行二次滤波，进入可编程逻辑阵列（FPGA）进行汇总。FPGA再将信号传输至DSP和上位机，由DSP进行信号的编码、调制和解算和存储，之后，由DSP或上位机对FPGA发出通信指令，FPGA将信号传输至北斗通信模块，北斗通信模块经过解算后发射北斗信号。

4.接收水声信号，发射水声信号

在换能器接收到第二声学信号时，所述声学控制单元能够将经过信号输入处理模块传输来的信号传输到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传输到信号输出处理模块，处理后信号通过换能器发射水声信号；

换能器接收到声学信号之后，将声信号转换为电信号采集，并传输至信号放大器进行放大，再经过信号滤波器进行第一次滤波，之后传输到A/D模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，转换后进入数字信号滤波器进行二次滤波，进入可编程逻辑阵列（FPGA）进行汇总。FPGA再将信号传输至DSP和上位机，由DSP进行信号的编码、调制和解算和存储，之后，由DSP或上位机对FPGA发出通信指令，FPGA将信号传输至D/A数模转换芯片，并经过换能器驱动电路，将转换后的模拟信号进行放大，传输至换能器发射水声信号。

在换能器接收到释放绳缆信号时，将信号传递到信号输入处理模块，声学控制单元能够将信号输入处理单元传输的信号传递到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，综合控制处理单元发送指令到声学控制单元，声学控制单元发送指令控制揽绳释放装置动作。

换能器接收到调查船发出的释放指令声学信号之后，将声信号转换为电信号采集，并传输至信号放大器进行放大，再经过信号滤波器进行第一次滤波，之后传输到A/D模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，转换后进入数字信号滤波器进行二次滤波，进入可编程逻辑阵列（FPGA）进行汇总。FPGA再将信号传输至DSP和上位机，由DSP进行信号的编码、调制和解算，之后，由DSP对FPGA发出释放指令，FPGA驱动电磁铁控制模块，释放绳缆，设备回收。信号传输完成后，绳缆释放装置还可反向给FPGA发出确认信号，以便上位机确认绳缆已释放。

本实施例中跨海空一体多功能通信设备，可实现水声信号和北斗通讯两种信号的相互转换以及发射，同时支持水声和北斗两种通讯方式，可进行北斗（高速数据传输）和水声通讯（低速），并具备支持基于北斗短报文信息调制生成水声编码的能力；

使用时还可以根据使用场景单独采用北斗浮标或声信标的方式，信标整体既可以作为浮标使用，也可以将北斗通信模块拆除，作为潜标使用，单独采用潜标仅可进行水声通讯，应用场景灵活，具体可以根据用户需求确定。

在设备舱内部还设置有电池模块，电池模块采用18650可充电锂电池，单节电压3.2 ~ 3.7 V，单节容量2.2 ~ 2.6 AH。在设备舱内部还设置有对电池充放电管理的充放电管理模块，为真个设备提供稳定的电力输出。

考虑到充放电安全性，可采用电池舱与设备舱分离的方式，即电池舱采用充油结构，电路板舱为干舱，加长浮力材弥补浮力损失；

在本申请的一些实施例中，还包括有：浮力材模块，包括有：

第一浮力材模块800，布置在北头通讯模块和水声通讯模块之间的电缆上；

第二浮力材模块，包裹在所述设备舱的外侧。

为保持设备舱约10 kg的浮力配置，在设备舱外部加装弧形对开第二浮力材模块。在电缆（绳缆）上加装第一浮力材模块。

北斗通讯模块包括有：

外壳110 ，在本申请的一些实施例中，外壳110 整体为球形，外壳110 包括有上半球形壳和下半球形壳，在上半球形壳和下半球形壳上分别形成有上翻边和下翻边。

上翻边贴合下翻边设置，连接时，通过锁紧螺栓将上半球形壳和下半球形壳锁紧固定在一起。

为保证整个北斗通讯装置在放入海上使用时，为浮在海面上接收信号，在外壳110内部相应的布置有玻璃浮体120；

在本申请的一些实施例中，玻璃浮体120为球形玻璃浮体，其外侧轮廓形状和外壳110 的形状适配，在玻璃浮体120内部形成有球形空间。

支架130，布置在所述玻璃浮体120内，将所述玻璃浮体120内分割形成有上下布置的第一分割腔121和第二分割腔122；

通过支架130将玻璃浮体120内的球形空间进行了分割，使其成型分别用以放置不同部件的第一分割腔121和第二分割腔122。

在布置时，可在第一分割腔121内部内置频闪灯190，通过频闪灯190不断的发出光线，以显示出整个北斗通讯装置所处的位置。

外壳优选为透明的，玻璃浮体为透明的，以便于外部设备可观察到频闪灯信号。

散热部件140，布置在所述第二分割腔122底部，在所述散热部件140上设置有电控组件141；

在本申请的一些实施例中，支架130包括有：

第一支架隔板131；

以及连接在第一支架隔板131下方的支撑柱132，所述支撑柱132底部旋拧固定在所述散热部件140上。

第一支架隔板131为圆形隔板，用以隔档出第一分割腔121，第二分割腔122底部开放，散热部件140封堵连接在第二分割腔122底部位置处于第一支架隔板131之间形成闭合腔体。

支撑柱132可设置多根，一端连接第一支架隔板131底部，向下延伸连接到散热部件140。在支撑柱132底部处可设置螺纹段，在散热部件140上设置螺纹孔，将支撑柱132直接旋拧固定在散热部件140内部即可。

电控组件141可直接布置在散热部件140上，直接与散热部件140贴合设置，可实现对电控组件141较好的散热功能。

在本申请的一些实施例中，电控组件141包括有：控制板和电池。

连接座150，布置在所述外壳110 顶部，与所述外壳110 连接；

天线支撑件160，固定在连接座150上，在所述天线支撑件160内内置有北斗通讯天线,所述北斗通讯天线和所述电控组件141电连接。

在本申请的一些实施例中，北斗通讯天线包括有北斗通讯部分和电线部分，在天线支撑件160内设置有容纳腔，北斗通讯部分插装在天线支撑件160顶部位置处，电线部分则位于容纳腔内，连接北斗通讯部分和电孔组件。

具体的，在外壳110 上设置有水密接插头，北斗通讯天线通过电线部分从天线支撑件的容纳腔中引出后则和水密接插头电连接，水密接插头则和控制板通过电线连接，以实现信号的传输。

在外壳110 底部处还相应布置有水密接插头，其用于和与设备舱等连接的电缆连接，水密接插头通过电线和控制板电连接。

连接座150用以装配天线支撑件160，连接座150可选用圆柱形座体，布置在外壳110 顶部处。

北斗通讯装置在使用时，其顶部位置处会浮于海面上，将装配天线支撑件160的连接座150装配在顶部，用以保证装配在其上方的天线支撑件160和北斗通讯天线也能够外露于海面上，以便于进行信号的接收和发送等操作。

本实施例中北斗通讯装置，通过外壳110 内部内置玻璃浮体120，并相应的在玻璃浮体120内部布置电控组件141，在外壳110 上设连接座150以及北斗通讯天线，通过玻璃浮体120结构可确保整个北斗通讯装置在使用时北斗通讯天线能够浮动于海面上进行信号的传输和通讯；

同时，本实施例将北斗通讯天线的部分内置固定到天线支撑件160内，电线部分装配在容纳腔内，并将天线支撑件160直接和连接座150连接固定，连接座150和外壳110 连接，使得北斗通讯天线的连接方式为固定连接，在使用时无需将北斗天线展开拖拽，避免了因拖拽造成的与控制板连接不稳定可靠性差的问题产生。

另外，本实施例中北斗通讯天线的电线部分置于天线支撑件160内，只有其头部的北斗通讯部分从天线支撑件160中伸出，通过天线支撑件160实现了对电线部分的防护，避免了北斗通讯天线受到损坏。

在本申请的一些实施例中，所述外壳110 包括有：

外壳本体；

以及形成在所述外壳本体顶部位置处的环形包裹部112，在所述环形包裹部112内形成有包裹空间，所述连接座150布置在所述包裹空间内，所述包裹空间和所述连接座150形状适配。

环形包裹部112为环形包裹筒，连接座150为圆柱形，布置在环形包裹筒内。

为减轻整个北斗通讯装置的重量，保证其能够浮于海面，外壳110 选用塑性外壳110 ，连接座150和天线支撑件160材质均为碳纤维。

在本申请的一些实施例中，在所述连接座150内形成有插装槽151，所述天线支撑件160插装在所述插装槽151内并与所述插装槽151的槽壁粘结固定；在所述连接座150上形成有环绕布置在插装槽151周围的多个限位导向部152。

在本申请的一些实施例中，限位导向部152为限位导向筋，其可以为三角形筋条或长条形筋条均可，在此不做具体限制。

通过围绕布置在天线支撑件160周圈的限位导向筋可实现对天线支撑件160的限位作用，同时，限位导向筋还可以在天线支撑件160插装在插装槽151内时，对天线支撑件160起到一定导向作用，使其沿着限位导向筋方向插入到插装槽151内部。

通过设置的限位导向筋还能够起到加强整个连接座150强度的效果。

在本申请的一些实施例中，还包括有：第一锁紧组件，包括有多组第一锁紧部件，多组第一锁紧部件沿所述连接座150周向布置，所述第一锁紧部件包括有：

第一锁紧螺栓，所述第一锁紧件从上到下依次穿过所述环形包裹部112和所述连接座150；

第一锁紧螺母，所述第一锁紧螺母锁紧固定在所述第一锁紧螺栓从所述连接座150伸出端的端部。

通过第一锁紧螺栓依次穿过环形包裹部112底面、连接座150后再通过第一锁紧螺母将两者进行锁紧固定。

在本申请的一些实施例中，还包括有环形架体170，所述环形架体170套设在所述环形包裹部112外侧并通过第二锁紧部件180与所述环形包裹部112、连接座150锁紧固定。

第二锁紧部件180为第二锁紧螺钉或第二锁紧螺栓，其穿过环形架体170、环形包裹部112后锁紧固定在连接座150内以将环形架体170、外壳110 和连接座150连接固定在一起。

在本申请的一些实施例中，所述环形架体170包括有：第一环形部171，第一环形部171套设在所述环形包裹部112外侧；

第二环形部172，环绕布置在第一环形部171外侧，其内径大于第一环形部171内径；

以及连接在所述第一环形部171和第二环形部172之间的连接加强件173，在环形加强件、第一环形部171和第二环形部172之间形成有中空的钩挂部174。

第一环形部171为第一环形圈，其内部为中空；

第二环形部172为第二环形圈，其内部也为中空，以降低整个北斗通讯装置的重量。

连接加强件173为连接加强杆，用以连接第一环形圈和第二环形圈。

通过连接在外壳110 和连接座150外侧的环形架体170，可使得整个北斗通讯装置在受到海浪冲击时，由于其为环形，会受力比较均匀，因而能够保证整个北斗通讯装置处于相对稳定的状态；

并且，通过其上方形成的中空的钩挂部174，还便于对整个北斗通讯装置进行打捞或回收作业。

在本申请的一些实施例中，所述天线支撑件160为天线支撑杆，在其内部形成有沿其高度放置布置的容纳腔，所述北斗通讯部分插装在所述容纳腔顶部，其头部从所述容纳腔中伸出。为减轻整个北斗通讯装置重量，天线支撑杆也选用碳纤维材质，重量较轻。

在本申请的一些实施例中，玻璃浮体120包括有上玻璃浮体120和下玻璃浮体120，上玻璃浮体120和下玻璃浮体120对接在一起并通过密封圈密封连接，以保证其形成的整个球形空间的密封性，防止内部的电控组件141进水。

在本申请的一些实施例中，所述散热部件140包括有和所述下玻璃浮体120形状适配的散热铝板壳142，在所述散热铝板壳142内形成有填充腔，在所述填充腔内填充有所述流体泡沫铜143。

本实施例中水下布放系统，通过设置的浮动于海面上的北斗通讯模块，可实现浮标、潜标两种不同的使用工况。

在使用时，可将北斗通讯单元和水声通讯模块通过电缆连接，具体的，在北斗通讯模块外壳底部的水密接插头连接电缆，经80 ~ 100米防扭电缆连接设备舱，实现北斗通讯模块与设备舱之间控制模块的信号和数据传输。电缆末端采用高强度编制网与单元连接，使电缆末端弯折小并不受力；

在需要潜标时，可将水下布放系统中的北斗通讯模块减掉，可满足整个布放系统潜藏于海底的布放需要；

当需要浮标时，可通过浮于海面上的北斗通讯模块使得整体浮于海上，实现浮标。

由于本实施例中水下布放系统可实现浮标和潜标不同方式，使得设备可形成多种不同的组网形式。

通过浮标和潜标的不同组合方式完成设备组网，按工作需要可采用多台浮标组网、多台潜标组网、多台浮标潜标混合组网三种方式。

考虑到水下通讯10 km以及北斗通讯模块的传输距离，各台节点的直线距离约在10 km左右。

无线数据传输是在浮标与调查船之间进行，因此当全部采用潜标组网时，不具备无线数据传输能力。

调查船通过水听器和直线运动，确定最远声学通讯距离后，完成最后一个标的布放。

缆绳释放装置连接在水声通讯模块下方，包括有：

基体310，在基体内部形成有放置空间311；

在本申请的一些实施例中，基体包括有：

第一基体板314、第二基体板315和用以连接一基体板和第二基体板315的连接板，三个板相互连接形成一U型基体结构。

第一基体板314、第二基体板315相对设置，在第一基体板314、第二基体板315和连接板之间围设形成有所述放置空间311。

在连接板上设置有螺纹安装孔，在螺纹安装孔内设置有螺栓，用以将基体和用以水下作业的水下设备连接固定在一起。

滚动部件320，位于放置空间311内，可转动的设置在所述基体上，在所述滚动部件320上缠绕有缆绳700，缆绳700具有和锚装置600连接的自由端；

在本申请的一些实施例中，滚动部件320为滚筒。缆绳700缠绕于滚筒的表面，缆绳700未与滚筒表面缠绕的一端即其自由端，用以连接锚装置600。

在装配时，滚筒通过安装轴安装在基体上，所述滚筒两端通过轴承转动连接在安装轴上，安装轴一端带有外螺纹，安装轴依次穿过第一基体板314和第二基体板315后通过旋拧螺母与基体锁紧固定在一起。

弹性限位结构，布置在基体310上，用以对滚动部件320的转动限位；

在本申请的一些实施例中，所述弹性限位结构400包括有：

限位插装件410，其穿过所述基体310插装在所述滚动部件320上，所述限位插装件包括有位于基体外侧的抵靠部411；

第二弹性元件420，套设在限位插装件410上，一端抵靠在抵靠部411上，一端抵靠在基体的外壁上。

限位插装件410为限位插装销，抵靠部411为形成在限位插装件一端部的环形抵靠凸起。

第二弹性元件420为第二弹簧，套设在限位插装销上，一端抵靠在环形抵靠凸起上，一端抵靠在基体上。

在一些实施例中，在基体310外壁上设嵌槽，嵌槽处开设有避让孔，具体的，在第一基体板314上开设有用以避让的避让孔，第二弹性元件部分位于嵌槽内。

在本申请的一些实施例中，滚筒一侧设置有辐板，辐板上开设有限位孔，避让孔和限位孔同轴设置。

在装配时，限位插装销依次穿过第二弹性元件420、避让孔后插入到限位孔内，用以卡设住滚筒，防止滚筒转动。

在弹性限位结构400所受限位消除时，其会在第二弹性元件420的反向弹性力作用下将限位插装件410向外弹出，使其与滚筒进行分离，此时，对滚筒的限位消除，滚筒则可自由转动。

限位部件510，倾斜布置在基体310上且可相对基体滑动，用以压设在所述弹性限位结构400上对所述弹性限位结构限位；

在本申请的一些实施例中，所述限位部件510其中一端端部上形成有压设部511，其通过所述压设部511压设在所述弹性限位结构400上，压设部511压设在限位插装销的外侧面处，以对其进行限位；另一端端部设置有用以和锁止部件530插装配合的锁紧部512。

锁紧部512在一些实施例中为锁紧孔。

为实现限位部件对弹性限位结构400的压设定位，在设置时，可将限位部件510设置成一端的厚度薄，使其通过避空来形成压设部511。

在本申请的一些实施例中，所述基体外侧壁上形成有定位凸起部，在所述定位凸起部上形成有倾斜布置的滑动轨道313，所述限位部件510可滑动的设置在所述滑动轨道313内。

在本申请的一些实施例中，所述定位凸起部为固定设置在所述基体310外侧壁上的定位块312，定位块312设置有2个，倾斜对称布置，在2个定位块312的内侧壁和基体310外侧壁之间形成有用以容纳限位部件510的容纳空间，在2个定位块312内侧壁上形成有滑动轨道313，限位部件510布置在所述容纳空间内且能够沿所述滑动轨道313滑动。

将限位部件510可滑动的设置在基体310上且倾斜布置的方式，可确保在限位部件510的限位消除后，其能够通过相对基体310滑动并通过自身的重力实现自动掉落的效果，以解除对弹性限位结构400的限位。

在本申请的另一些实施例中，定位凸起部也可以为直接在基体310上形成，在其内部形成滑道使其可相对基体310滑动自动掉落即可。

在本申请的另一些实施例中，所述基体310外侧壁上设置有滑动槽，所述滑动槽倾斜布置，所述限位部件510滑动设置在所述滑动槽内，在滑动槽两侧设有向滑动槽内侧延伸以防止所述限位部件510从滑动槽脱离的止挡部。

也可以在基体310的外侧壁上设内凹的滑动槽，如滑动槽设置在第一基体板314上，滑动槽从中间位置延伸到第一基体板314的的其中一个侧边位置处，将限位部件510滑动设置在滑动槽内，滑动槽从上到下倾斜布置，限位部件510端部的压设部511则压在弹性限位结构400上，压设部511可通过相对限位部件510本体向上折弯来形成。

限位元件被限位时，其通过压设部511压在弹性限位结构400上，对弹性限位结构400限位，在限位元件限位消除时，其在自身重力作用下相对基体310倾斜下滑，以解除对弹性限位结构400的限位。

动力吸合装置520，布置在基体310上；

在本申请的一些实施例中，动力吸合装置520包括有保护壳521和内置在保护壳521中的电动吸合件522，电动吸合件522为电磁铁。

锁止部件530，用以锁止所述限位部件510，其能够在动力吸合装置520作用下动作与限位部件510分离；

在本申请的一些实施例中，所述锁止部件530包括有锁止本体件531，在所述锁止本体件531的一端形成有与动力部件吸合的吸合部532，在所述锁止本体件531的另一端设置有与所述锁止本体件531可拆连接的挡设部件533，在所述挡设部件533上形成有用以插装在所述限位部件510内的插装部551。

锁止本体件531为锁止柱，吸合部532为形成在锁止本体件531端部的凸起盘，其材质为铁，用以和动力吸合装置520吸合配合。

挡设部件533为挡设盘，其通过螺栓和锁止本体件531之间连接固定，以实现挡设部件533相对锁止本体件531之间的可拆。

在第一基体板314和第二基体板315上分别设置有用以穿过插装部551的第一穿过部和用以穿过所述锁止本体件531的第二穿过部；

第一穿过部为第一穿过孔，第二穿过部为第二穿过孔。

将挡设部件533设置成相对锁止本体件531可拆的结构方式，可便于锁止部件530的安装和拆卸。

在装配时，将挡设部件533拆卸下来，然后使得锁止本体件531穿过第二穿过部，位于锁止本体件531一端处的吸合部532布置在放置空间311的外侧位置处不穿过第二穿过部，然后装配挡设部件533，将挡设部件533的插装部551穿过第一穿过部，以防止锁止部件530从安装基体中脱离出来。

插装部551为布置在挡设部件533端面上的插装定位柱，插装定位柱可设置2个，在定位时，2个插装定位柱中的其中一个用以插装到限位部件510上的锁紧孔内以实现对限位部件510的限位。

第一弹性元件540，位于所述放置空间311内，布置在锁止部件530和基体310之间，其能够在动力吸合装置520与锁止部件530分离时施加弹性力给所述锁止部件530使其伸出到限位部件内对其限位；

在本申请的一些实施例中，第一弹性元件540为弹簧，其套设在锁止本体件531上，一端抵靠在挡设部件533上，一端在抵靠在第二基体板315的内壁上。

在动力吸合装置520没有和吸合部532吸合固定在一起时，由于第一弹性元件540被压缩在第二基体板315和挡设部件533之间，第一弹性元件540会施加弹性作用力给挡设部件533，使其带动位于其上方的插装部551伸出到限位部件对其限位。

在动力吸合装置520通电时，与吸合部532吸合在一起，此时，锁止部件530中的插装部551从锁紧孔中脱离，对限位部件510限位消除；

在动力吸合装置520断电时，与吸合部532分离，锁止部件530在第二弹性元件作用下，插装到限位部件510的锁紧孔内，对限位部件510限位。

其中，所述动力装置通电时，动力吸合装置520吸合所述锁止部件530，所述锁止部件530与所述限位部件分离，所述限位部件沿着基体倾斜滑动解除对所述弹性限位结构400的限位，所述弹性限位结构400在限位消除时相对所述滚动部件320弹出以消除对所述滚动部件320的限位，所述滚动部件320在所述弹性限位结构400对其限位消除时相对所述基体310转动以将缠绕在其上方的缆绳进行布放；

在动力吸合装置520断电时，动力吸合装置520与所述锁止部件530分离，第一弹性元件540施加作用力到所述锁止部件530使其伸入到所述限位部件内对其限位，限位部件510压设在弹性限位结构400上对其限位，弹性限位结构400插装到滚动部件320内对滚动部件320转动限位。

本实施例中缆绳释放装置在初始状态，动力吸合装置520未通电，锁止部件530受第一弹性元件540的弹性力作用穿过第一基体板314上的第一穿过部插入限位部件的锁紧孔内，限位部件510通过压设部511压紧固定弹性限位结构400，弹性限位结构400的限位插装件410压缩第二弹性元件420并穿过第一基体板314后插入到滚筒辐板的限位孔内，防止滚筒转动。

当缆绳300释放装置接收到回收释放指令之后，控制动力吸合装置520中的电动吸合件522通电，此时，电动吸合件522与锁止部件530的吸合部532吸合贴合，锁止部件530在电动吸合件522的吸合力作用下末端脱离限位部件510的锁紧孔，对限位部件510的限位消除，限位部件510不受限位固定，沿基体310在重力作用下倾斜向下滑出，限位部件510滑落，对限位插装件410的限位消失，此时，布置在限位插装件410和第一基体板314之间第二弹性元件420将限位插装件410向外弹出，限位插装件410脱离滚筒辐板的限位孔，滚筒自由转动，此时，缠绕在滚筒上的缆绳逐渐被打开，和缆绳释放装置连接的水声通讯模块受浮力作用上浮，在水声通讯模块上浮后，则可对水声通讯模块进行回收。

本实施例中的缆绳释放装置结构，在设置时，将锚装置600和缆绳进行连接固定，这样，即使缆绳释放装置动作时，缆绳700便可以自动打开，以便于水声通讯模块上升上浮，并且，在水声通讯模块上浮后，水声通讯模块和锚装置还通过缆绳300连接固定在一起，这样水声通讯模块即使受到浮力作用上浮到水面上，由于锚装置为固定在水底位置不动，水下设备也不会在水面上四处漂浮，而是在一固定位置处，这样则可方便的对水声通讯模块进行位置定位寻找，可方便快捷的进行水声通讯模块的回收作业，在找到水声通讯模块时，将缆绳700割断即可。

本实施例中的缆绳释放装置无需在设备舱底部安装释放钩，无需电机驱动，无需额外调试，安装便利，控制逻辑简洁，避免了因电机及内部转轴配合故障导致的无法脱钩、卡死等情况。

本发明安装在设备舱外底部，由螺钉固定在浮力材保护罩部，结构内部原理为电磁铁驱动锁止部件530水平位移，功能可靠，无需额外占用设备舱内的空间，从而增大了信标内部电池及电路板的整体设计。

在本申请的一些实施例中，所述动力吸合装置520包括有保护壳521和内置在所述保护壳521内的电动吸合件522，在所述保护壳521中形成有中空腔体，在所述中空腔体内填充有油。

保护壳521为尼龙材料，不导电，内部中空腔体中填充油，增强尼龙水下耐压，电动吸合件522装设于保护壳521内部，保护壳521与基体之间留有装配间隙，保护壳521通过螺栓与基体固定连接。

作为本申请锚装置的一种实施方式：

所述锚装置为锚块，为混凝土制锚，其通过绳缆转环和缆绳释放装置的缆绳连接在一起，在缆绳释放装置动作时，锚装置被向下布放到海底。

本实施例中还提出一种基于上述技术方案中所述跨海空一体多功能通信设备的布放方法，包括如下步骤：

展开所需布放的跨海空一体多功能通信设备；

将锚装置置于布放船舶的船尾，且使得布放船舶保持低速直线航行；

在缆绳释放装置上缠绕定深所需深度的绳缆；

使用北斗通讯模块布放回收圈，将其放入海中，下放北斗通讯模块与水声通讯模块之间的连接电缆，并在电缆上加装第一浮力材模块，布放水声通讯模块；

将缆绳释放装置端部的缆绳和锚装置连接；

控制布放船舶低速航行至预设站位时，将锚装置抛入海里；

锚装置下落中，将漂浮在海面的北斗通讯模块和水声通讯模块依次拉入水下；

经过第一时间段后锚装置展开落地，第一时间段为几分钟后，设备舱位于水下60米左右，北斗通讯模块上浮于海面，完成布放。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，包括有：

北斗通讯模块；

水声通讯模块，包括有：

换能器，用以收发水声信号，并进行声电信号间的转化；

控制模块，包括有：

信号输入处理模块，与换能器通讯；

信号输出处理模块，与换能器通讯；

声学控制单元，与所述信号输入处理模块、信号输出处理模块通讯，与所述北斗通讯模块双向通讯；

综合控制处理单元，可用以实现对数据编码、调制和解算以及存储，与所述声学控制单元双向通讯；

上位机，与所述综合控制处理单元通讯，与所述声学控制单元双向通讯；

缆绳释放装置，布置在水声通讯模块下方，与所述声学控制单元通讯；

锚装置，与所述缆绳释放装置连接；

其中，在换能器接收到第一水声触发信号时，声学控制单元能够将换能器通过信号输入处理模块处理后的原始信号传递给上位机或传递给综合控制处理单元处理并存储或处理后传给上位机；

在接收到上位机或综合控制处理单元的通讯指令时，所述声学控制单元能够将信号传输到信号输出处理模块，并将处理的信号经换能器发出；

在北斗通讯模块接收到北斗信号时，所述声学控制单元能够将接收到的北斗信号传输至综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到信号输出处理模块将信号处理后通过换能器发射水声信号或者将信号传递到北斗通讯模块，北斗通讯模块解算后发射北斗信号；

在换能器接收到第二声学信号时，所述声学控制单元能够将经过信号输入处理模块传输来的信号传输到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，通过综合控制处理单元或上位机发送通讯指令到声学控制单元，声学控制单元将信号传递到北斗通讯模块以发射北斗信号或者声学控制单元将信号传输到信号输出处理模块，处理后信号通过换能器发射水声信号；

在换能器接收到释放绳缆信号时，将信号传递到信号输入处理模块，声学控制单元能够将信号输入处理单元传输的信号传递到综合控制处理单元和上位机，通过综合控制处理单元对信号处理，综合控制处理单元发送指令到声学控制单元，声学控制单元发送指令控制缆绳释放装置动作。

2.根据权利要求1所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，所述信号输入处理模块包括有：

放大器、模拟滤波器、A/D模数转换模块和数字滤波器；

所述信号输出处理模块包括有：D/A数模转换模块和换能器驱动电路模块。

3.根据权利要求1所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，所述北斗通讯模块包括有：

外壳；

布置在所述外壳内部的玻璃浮体；

支架，布置在所述玻璃浮体内，将所述玻璃浮体内分割形成有上下布置的第一分割腔和第二分割腔；

散热部件，布置在所述第二分割腔底部，在所述散热部件上设置有电控组件；

连接座，布置在所述外壳顶部，与所述外壳连接；

天线支撑件，固定在连接座上，在所述天线支撑件内设置有北斗通讯天线,所述北斗通讯天线和所述电控组件电连接。

4.根据权利要求3所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，

所述外壳包括有：

外壳本体；

以及形成在所述外壳本体顶部位置处的环形包裹部，在所述环形包裹部内形成有包裹空间，所述连接座布置在所述包裹空间内；

环形架体，所述环形架体套设在所述环形包裹部外侧并通过第二锁紧部件与所述环形包裹部、连接座锁紧固定。

5.根据权利要求1所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，水声通讯模块还包括有设备舱，在设备舱内布置有电池模块、以及对电池模块充放电管理控制的充放电模块和所述控制模块，所述换能器装置布置在所述设备舱的顶部。

6.根据权利要求1所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，所述缆绳释放装置连接在所述设备舱的底部，其包括有：

基体，在基体内部形成有放置空间；

滚动部件，位于放置空间内，可转动的设置在所述基体上，在所述滚动部件上缠绕有缆绳，缆绳具有和锚装置连接的自由端；

弹性限位结构，布置在基体上，用以对滚动部件的转动限位；

限位部件，倾斜布置在基体上且可相对基体滑动，用以压设在所述弹性限位结构上对所述弹性限位结构限位；

动力吸合装置，布置在基体上；

锁止部件，用以锁止所述限位部件，其能够在动力吸合装置作用下动作与限位部件分离；

第一弹性元件，位于所述放置空间内，布置在锁止部件和基体之间，其能够在动力吸合装置与锁止部件分离时施加弹性力给所述锁止部件使其伸出到限位部件内对其限位；

其中，所述动力吸合装置通电时，动力吸合装置吸合所述锁止部件，所述锁止部件与所述限位部件分离，所述限位部件沿着基体倾斜滑动解除对所述弹性限位结构的限位，所述弹性限位结构在限位消除时相对所述滚动部件弹出以消除对所述滚动部件的限位，所述滚动部件在所述弹性限位结构对其限位消除时相对所述基体转动以将缠绕在其上方的缆绳进行布放；

在动力吸合装置断电时，动力吸合装置与所述锁止部件分离，第一弹性元件施加作用力到所述锁止部件使其伸入到所述限位部件内对其限位，限位部件压设在弹性限位结构上对其限位，弹性限位结构插装到滚动部件内对滚动部件转动限位。

7.根据权利要求6所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，在所述基体外侧壁上的定位块，定位块设置有2个，倾斜对称布置，在2个定位块的内侧壁和基体外侧壁之间形成有用以容纳限位部件的容纳空间，在2个定位块内侧壁上形成有滑动轨道，限位部件布置在所述容纳空间内且能够沿所述滑动轨道滑动。

8.根据权利要求6所述的跨海空一体多功能通信设备，其特征在于，所述限位部件其中一端端部上形成有压设部，其通过所述压设部压设在所述弹性限位结构上，另一端端部设置有用以和锁止部件插装配合的锁紧部。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述跨海空一体多功能通信设备的布放方法，其特征在于，包括如下步骤：

展开所需布放的跨海空一体多功能通信设备；

将锚装置置于布放船舶的船尾，且使得布放船舶保持低速直线航行；

在缆绳释放装置上缠绕定深所需深度的绳缆；

使用北斗通讯模块布放回收圈，将其放入海中，下放北斗通讯模块与水声通讯模块之间的连接电缆，并在电缆上加装第一浮力材模块，布放水声通讯模块；

将缆绳释放装置端部的缆绳和锚装置连接；

控制布放船舶低速航行至预设站位时，将锚装置抛入海里；

锚装置下落中，将漂浮在海面的北斗通讯模块和水声通讯模块依次拉入水下；

经过第一时间段后锚装置展开落地，北斗通讯模块上浮于海面，完成布放。

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