CN212785389U - 水下无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水下无线通信系统，包括水面锚点器、第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器，所述水面锚点器漂浮在海平面上，所述第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器均设于海水中，所述第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器由上到下依次分布，且垂直间距相同；通过水面锚点器、第一层水下锚点器、第二层水下锚点器及第三层水下锚点器构成梯度分布网，通过彼此之间的信号传输，使得有效的连接关系，同时通过第一层水下锚点器、第二层水下锚点器及第三层水下锚点器的自身结构特性，使得装置悬浮在预定的深度海域内，保证了信号传输的稳定性，及数据交互的准确性。

Description

水下无线通信系统

技术领域

本实用新型涉及无线通讯系统技术领域，具体领域为水下无线通信系统。

背景技术

我国地域辽阔，海洋及湖泊资源丰富，近年来，对水下的探索逐渐增多，这就促进了水下无线传感器网络技术的发展，无论是军事还是民用，都离不开水下目标跟踪技术的应用，而水下目标跟踪的前提是水下无线传感器节点定位技术，因此水下无线传感器节点定位技术是一项十分重要的技术。目前水下无线通信主要包括光通信和声通信，光通信具有高速率、高带宽等优点，而水声通信虽然是主流技术，但存在很大的缺陷，水下作为一个特殊的环境，对电磁波的衰减极其严重，这主要是由于水的导电性增加了电磁波的衰减，这使得射频通信在水下的使用受到极大的限制，而水声通信由于有限的带宽限制了水下通信的速率。无线光通信技术在水下具有高带宽、高稳定性的特点，能很好地适应水下的环境，实现良好的水下通信效果。由于传统的无线光通信链路要求收、发端高度对准，所以通信的条件会比较严格，系统发端需要一个光源(激光或LED)，一个准直望远镜，收端需要一个独立的接收望远镜。但是从长远来看，水下无线光通信技术一定会越来越成熟，所以本发明选择采用水下无线光通信。此外，对于水下无线传感器网络来说，拓扑结构是非常重要的，一个适合的拓扑结构可以使水下无线传感器网络中的节点信息传递效率更高，能耗就更小，网络节点的工作时间也就更长，这对于水下无线传感器网络来说是非常有意义的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供水下无线通信系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：水下无线通信系统，包括水面锚点器、第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器，所述水面锚点器漂浮在海平面上，所述第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器均设于海水中，所述第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器由上到下依次分布，且垂直间距相同，所述第一层水下锚点器与水面锚点器的垂直间距等于第一层水下锚点器与第二层水下锚点器的垂直间距。

优选的，所述水面锚点器包括第一外壳，所述第一外壳内固定安装有第一处理器，所述第一外壳的锥面固定安装有若干均匀分布的始发射器与终接收器，所述始发射器与终接收器相间分布，所述第一处理器电信号连接始发射器与终接收器。

优选的，所述第一层水下锚点器包括第二外壳，所述第二外壳的侧壁嵌装有均匀分布的油囊，所述第二外壳内固定安装有两个安装板，上方所述的安装板的上表面固定安装第二处理器，上方所述的安装板的下表面固定安装有伺服电机，下方所述的安装板的下表面固定安装第三处理器，下方所述的安装板的上表面固定安装有储油活塞缸，所述伺服电机的输出端连接于储油活塞缸的活塞上，所述第二外壳的上端锥面固定安装有若干均匀分布的上接收器与上发射器，所述上接收器与上发射器相间排布，所述第二处理器电信号连接上发射器与上接收器，所述第二外壳的下锥面固定安装有若干的下接收器与下发射器，所述下接收器与下发射器相间排布，所述第三处理器电信号连接下发射器与下接收器，所述储油活塞缸管路连接油囊，所述第二外壳的上端与下端均固定安装有水位仪，所述水位仪与伺服电机均电连接第二处理器，所述第二处理器电信号连接第三处理器。

优选的，所述水面锚点器呈菱形排布，所述第一层水下锚点器呈菱形排布，所述第二层水下锚点器的排布方式与第一层水下锚点器的排布方式相同，所述第三层水下锚点器与第一层水下锚点器的排布方式相同。

优选的，所述水面锚点器、第一层水下锚点器、第二层水下锚点器与第三层水下锚点器进行错位分布。

优选的，所述第三层水下锚点器位于海床上方。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过水面锚点器、第一层水下锚点器、第二层水下锚点器及第三层水下锚点器构成梯度分布网，通过彼此之间的信号传输，使得有效的连接关系，同时通过第一层水下锚点器、第二层水下锚点器及第三层水下锚点器的自身结构特性，使得装置悬浮在预定的深度海域内，保证了信号传输的稳定性，及数据交互的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的水面锚点器的平面布局结构示意图；

图3为本实用新型的水下锚点器的平面布局结构示意图；

图4为本实用新型的水面锚点器的结构示意图；

图5为本实用新型的水下锚点器的结构示意图。

图中：1、海水，2、水面锚点器，21、第一外壳，22、第一处理器，23、始发射器，24、终接收器，3、第一层水下锚点器，301、第二外壳，302、第二处理器，303、第三处理器，304、油囊，305、伺服电机，306、储油活塞缸，307、上接收器，308、上发射器，309、下接收器，310、下发射器，311、水位仪，312、安装板，4、第二层水下锚点器，5、第三层水下锚点器，6、海床，7、海平面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：水下无线通信系统，包括水面锚点器2、第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器5，上述器具为本实用新型的主要组成结构，所述水面锚点器2漂浮在海平面7上，通过自身内部对外部进行接收及进行定位，所述第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器5均设于海水1中，所述第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器5由上到下依次分布，根据需求设定在海水1中悬浮下潜的深度，且垂直间距相同，通过间距的限制，实现数据传输及交互的稳定性，所述第一层水下锚点器3与水面锚点器2的垂直间距等于第一层水下锚点器3与第二层水下锚点器4的垂直间距。

通过水面锚点器2、第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器5构成完整的海平面7至水下若干深度的有效分布，而后通过相互的数据连通构成完整的监测系统，继而对整体的布局海域内的水下进行无线信号的传输。

具体而言，所述水面锚点器2包括第一外壳21，所述第一外壳21内固定安装有第一处理器22，所述第一外壳21的锥面固定安装有若干均匀分布的始发射器23与终接收器24，所述始发射器与终接收器24相间分布，所述第一处理器22电信号连接始发射器23与终接收器24。

通过第一外壳21对内部机构进行保护，同时产生浮力，使得整个水面锚点器2能够稳定漂浮在海平面7上，而始发射器23为光源信号发射器，向水下发生光信号，而终接收器24为光信号接收器，对第一层水下锚点器3反馈的光信号进行接收，通过第一处理器22进行处理后，反馈至定位系统及信息处理系统中。

具体而言，所述第一层水下锚点器3包括第二外壳301，所述第二外壳301的侧壁嵌装有均匀分布的油囊304，所述第二外壳301内固定安装有两个安装板312，上方所述的安装板312的上表面固定安装第二处理器302，上方所述的安装板312的下表面固定安装有伺服电机305，下方所述的安装板312的下表面固定安装第三处理器303，下方所述的安装板312的上表面固定安装有储油活塞缸306，所述伺服电机305的输出端连接于储油活塞缸306的活塞上，所述第二外壳301的上端锥面固定安装有若干均匀分布的上接收器307与上发射器308，所述上接收器307与上发射器308相间排布，所述第二处理器302电信号连接上发射器308与上接收器307，所述第二外壳301的下锥面固定安装有若干的下接收器309与下发射器310，所述下接收器309与下发射器310相间排布，所述第三处理器303电信号连接下发射器310与下接收器309，所述储油活塞缸306管路连接油囊304，所述第二外壳301的上端与下端均固定安装有水位仪311，所述水位仪311与伺服电机305均电连接第二处理器302，所述第二处理器302电信号连接第三处理器303。

通过水位仪311对第一层水下锚点器3所在水下深度进行监测，而后通过第二处理器302控制伺服电机305，驱动储油活塞缸306对油囊304内的油量进行控制，继而改变油囊304的体积，从而使得油囊304对第一层水下锚点器3的产生的浮力进行控制，当需要下潜时，通过储油活塞缸306将油囊304中的油抽出，使得油囊304体积减小，继而浮力减小，反之的浮力增大实现上浮，从而实现对第一层水下锚点器3下潜深度的控制，同时上接收器307为光信号接收器，对水面锚点器2发射的光信号进行接收，上发射器308为光源信号发射器，将第一层水下锚点器3所处位置及第二层水下锚点器4反馈的信息进行传输，第三层水下锚点器5与第二层水下锚点器4采用与第一层水下锚点器3相同的结构。

具体而言，所述水面锚点器2呈菱形排布，所述第一层水下锚点器3呈菱形排布，所述第二层水下锚点器4的排布方式与第一层水下锚点器3的排布方式相同，所述第三层水下锚点器5与第一层水下锚点器3的排布方式相同。

通过菱形的分布方式，增加了整个布局网络分布的广泛性。

具体而言，所述水面锚点器2、第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器进行错位分布。

通过错位分布的方式，使得任意一个水面锚点器2、第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4及第三层水下锚点器5能够接受更多的下层反馈信息，从而进行多方面的数据校对，增加数据传输的稳定性与准确性。

具体而言，所述第三层水下锚点器5位于海床6上方。

工作原理：使用时，对第一层水下锚点器3、第二层水下锚点器4与第三层水下锚点器5对应的预潜深度进行预设，而后水面锚点器2接收外部信号，而后进行处理后通过始发射器23发射光源信号，第一层水下锚点器3进行对水面锚点器2的信号进行接收，而后进行处理，同时通过水位仪311进行下潜深度的自我调控，第一层水下锚点器3将信号发射输送至第二层水下锚点器4，第二层水下锚点器4重复第一层水下锚点器3工作，同时对自身下潜深度进行调整，第三层水下锚点器5接收到第二层水下锚点器4传输的信号后，与下潜的其他设备进行信号传输，实现通讯，再将接收的信号逐级上传，最终实现通讯功能。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.水下无线通信系统，包括水面锚点器(2)、第一层水下锚点器(3)、第二层水下锚点器(4)与第三层水下锚点器(5)，其特征在于：所述水面锚点器(2)漂浮在海平面(7)上，所述第一层水下锚点器(3)、第二层水下锚点器(4)与第三层水下锚点器(5)均设于海水(1)中，所述第一层水下锚点器(3)、第二层水下锚点器(4)与第三层水下锚点器(5)由上到下依次分布，且垂直间距相同，所述第一层水下锚点器(3)与水面锚点器(2)的垂直间距等于第一层水下锚点器(3)与第二层水下锚点器(4)的垂直间距。

2.根据权利要求1所述的水下无线通信系统，其特征在于：所述水面锚点器(2)包括第一外壳(21)，所述第一外壳(21)内固定安装有第一处理器(22)，所述第一外壳(21)的锥面固定安装有若干均匀分布的始发射器(23)与终接收器(24)，所述始发射器(23)与终接收器(24)相间分布，所述第一处理器(22)电信号连接始发射器(23)与终接收器(24)。

3.根据权利要求1所述的水下无线通信系统，其特征在于：所述第一层水下锚点器(3)包括第二外壳(301)，所述第二外壳(301)的侧壁嵌装有均匀分布的油囊(304)，所述第二外壳(301)内固定安装有两个安装板(312)，上方所述的安装板(312)的上表面固定安装第二处理器(302)，上方所述的安装板(312)的下表面固定安装有伺服电机(305)，下方所述的安装板(312)的下表面固定安装第三处理器(303)，下方所述的安装板(312)的上表面固定安装有储油活塞缸(306)，所述伺服电机(305)的输出端连接于储油活塞缸(306)的活塞上，所述第二外壳(301)的上端锥面固定安装有若干均匀分布的上接收器(307)与上发射器(308)，所述上接收器(307)与上发射器(308)相间排布，所述第二处理器(302)电信号连接上发射器(308)与上接收器(307)，所述第二外壳(301)的下锥面固定安装有若干的下接收器(309)与下发射器(310)，所述下接收器(309)与下发射器(310)相间排布，所述第三处理器(303)电信号连接下发射器(310)与下接收器(309)，所述储油活塞缸(306)管路连接油囊(304)，所述第二外壳(301)的上端与下端均固定安装有水位仪(311)，所述水位仪(311)与伺服电机(305)均电连接第二处理器(302)，所述第二处理器(302)电信号连接第三处理器(303)。

4.根据权利要求1所述的水下无线通信系统，其特征在于：所述水面锚点器(2)呈菱形排布，所述第一层水下锚点器(3)呈菱形排布，所述第二层水下锚点器(4)的排布方式与第一层水下锚点器(3)的排布方式相同，所述第三层水下锚点器(5)与第一层水下锚点器(3)的排布方式相同。

5.根据权利要求1或4所述的水下无线通信系统，其特征在于：所述水面锚点器(2)、第一层水下锚点器(3)、第二层水下锚点器(4)与第三层水下锚点器进行错位分布。

6.根据权利要求1所述的水下无线通信系统，其特征在于：所述第三层水下锚点器(5)位于海床(6)上方。

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