CN213717982U - 一种声纳的数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种声纳的数据传输系统，包括水下单元数据传输模块和水上单元数据传输模块，水下单元数据传输模块与水上单元数据传输模块通过光纤连接通信，水下单元数据传输模块包括水下光纤通信电路、异步传输电路和系统控制电路，水上单元数据传输模块包括水上光纤通信电路、数据分发电路和阵列数据格式转化电路，同时拥有两对光纤通信发送器以及接收器实现水下单元与水上单元的双工数据通信，以此提高数据通信传输效率，另外水下单元和水上单元数据传输模块都设置RS422电路，通过RS422格式标准能够提高传输速率，有效提高数据传输的稳定性，并分别设置了自检电路和通信状态监测电路，用于提高工作效率。

Description

一种声纳的数据传输系统

技术领域

本实用新型涉及通信数据传输技术领域，特别是一种用于声纳的数据传输系统。

背景技术

声纳系统是利用声波对水下物体进行探测和定位识别的方法及所用设备的总称。现有的声纳系统大致可分为无源声纳和有源声纳，有源声纳向水中发射声波，通过接收水下物体反射的回波发现目标并测量其参量，目标距离可通过发射原声波与回波到达的时间差估计，而目标方位则通过测量接收声阵中两子阵间的差异得到。无源声纳则是通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量，一般被动声纳只能测定目标方位。目前主要用于港口、沿岸的设施以及舰船的水下防护，另外也能对蛙人、蛙人运载器、无人无缆潜水器UUV或小型潜艇等水下入侵目标进行自动探测、跟踪、报警，同时在沿海核电站、水上移动核电站、钻井平台、无人巡航艇等领域也都有切实的应用需求。

随着声纳系统应用需求的不断扩大，促使着声纳技术的不断发展，因此稳定的水下水上数据传输系统成为了声纳设备性能优良的决定性因素；然而传统的声纳数据传输系统硬件可靠性不能满足长期稳定应用需求，同时存在当传输数据量大或通信距离较远时系统的稳定性也不能够满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种声纳的数据传输系统，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：包括水下单元数据传输模块和水上单元数据传输模块，所述水下单元数据传输模块与所述水上单元数据传输模块通过光纤连接通信；水下单元数据传输模块包括水下光纤通信电路、异步传输电路和系统控制电路，所述系统控制电路输出端连接所述异步传输电路输入端，所述异步传输电路与所述水下光纤通信电路双向连接，所述水下光纤通信电路输出端连接所述系统控制电路；水上单元数据传输模块包括水上光纤通信电路、数据分发电路和阵列数据格式转化电路，所述水上光纤通信电路与所述数据分发电路双向连接，所述数据分发电路输出端与所述阵列数据格式转化电路连接。

首先由水下单元数据传输模块中的系统控制电路按照时序逻辑在一个数据读取周期内，获取128列阵元数据并按照定义进行缓存，再以先进先出的方式传输至异步传输电路，经由异步传输电路将并行数据变换为串行数据，最后通过水下光纤通信电路转换为光信号经光纤传输至水上单元数据传输模块；水上单元数据传输模块的水上光纤通信电路接收到传输过来的光信号先将其转换为电信号，再通过数据分发电路将其串行通信数据解码分发，然后传送至阵列数据格式转化电路通过累加器进行降采样处理后，最后经过水上RS422电路，转换为RS422格式发往显控单元，另外也能够将控制指令回传到水下单元数据传输模块实现双工数据通信。

进一步的，所述水下单元数据传输模块中所述异步传输电路的输出端连接水下RS422电路，所述水上单元数据传输模块中所述数据分发电路与水上RS422电路双向连接；RS422电路的作用为将数据转换为RS422格式传输，RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性，能够将传输速率最大提高到10MB/s，传输距离最长延长到4000英尺，并且允许在一条平衡总线上连接多个接收器，是一种单机发送、接收的单向平衡传输的规范，可全双工工作收发互不影响，因此使用RS422通信规范能够提高传输速率，同时提高数据传输时的稳定性。

进一步的，所述水下单元数据传输模块还包括自检电路，其输入端连接所述异步传输电路；当系统工作在信号自检模式时，接口模块发送80KHz信号源的使能信号EN，传输模块上搭载的80KHz的信号源将产生两路互为反相的80KHz方波信号，自检电路发送给信号调理模块用于信号通路测试的自检。

进一步的，所述水上单元数据传输模块还包括通信状态监测电路，其输入端连接所述水上光纤通信电路；通信状态监测电路中通过设置指示灯来表示通信连接以及通信速率的状态，当通信中断时产生LinkErr*信号发送给控制器模块。

进一步的，所述水下单元数据传输模块与水上单元数据传输模块之间为两根光纤进行数据通信，上行为大带宽低衰减多模光纤，下行为低数据率多模光纤；上行传输的数据为高速的声纳阵列原始数据与低速串口通信信息在数据位上相融合后的数据，下行数据为多路RS422格式的通信数据流，上行与下行光纤能够同时传输通信数据。

进一步的，所述水下光纤通信电路与所述水上光纤通信电路各采用一对光纤通信接收器和光纤通信发送器来实现双工数据通信；即通过两对光纤通信接收器与光纤通信发送器实现双向同时通信，能够使通信的双方同时发送和接收信息，进一步提高数据通信时的效率。

进一步的，所述光纤通信电路的光纤通信发送器中设置电源滤波电路；光纤通信电路首先将输入的电信号转换为光信号，再利用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路中传输，光纤通信发送器由长波高速LED和集成电路组成，并采用正电源供电电压为4.5V~5.5 V，其集成电路中采用电源滤波电路来避免线路中引入的电噪声，并以匹配的输入阻抗最大程度地减少发射，来保证获得传输的最佳性能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型克服了当传输数据量大或者通信距离较远时整个声纳系统的稳定性不足的缺陷，整体系统设计简单易实现，通过水下单元数据传输模块和水上单元数据传输模块都设置光纤通信电路，同时拥有两对光纤通信发送器以及接收器实现水下单元与水上单元的双工数据通信，以此提高数据通信传输效率，另外水下单元和水上单元数据传输模块都设置了RS422电路，通过转换成RS422格式标准能够提高传输速率，有效提高数据传输时的稳定性，并且还分别设置了自检电路和通信状态监测电路，能够分别为水下单元和水上单元电路的自我监测以及通信状态的检测，从而提高工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的整体模块连接结构示意图；

图2为本实用新型的水下单元数据传输模块结构示意图；

图3为本实用新型的水上单元数据传输模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供的一种声纳数据传输系统，如图1-3所示：包括水下单元数据传输模块和水上单元数据传输模块，水下单元数据传输模块与水上单元数据传输模块通过光纤连接通信；水下单元数据传输模块包括水下光纤通信电路、异步传输电路和系统控制电路，系统控制电路输出端连接异步传输电路输入端，异步传输电路与水下光纤通信电路双向连接，水下光纤通信电路输出端连接系统控制电路；水上单元数据传输模块包括水上光纤通信电路、数据分发电路和阵列数据格式转化电路，水上光纤通信电路与数据分发电路双向连接，数据分发电路输出端与阵列数据格式转化电路连接。

本实施例还包括，水下单元数据传输模块中异步传输电路的输出端连接水下RS422电路，水上单元数据传输模块中数据分发电路与水上RS422电路双向连接，水下单元数据传输模块还包括自检电路，其输入端连接异步传输电路，水上单元数据传输模块还包括通信状态监测电路，其输入端连接水上光纤通信电路；RS422电路的作用为将数据转换为RS422格式传输，RS-422通信规范能够提高传输速率，同时提高数据传输时的稳定性，自检电路用于发送给信号调理模块用于信号通路测试的自检，通信状态监测电路中通过设置指示灯来表示通信连接以及通信速率的状态，当通信中断时产生LinkErr*信号发送给控制器模块。

本实施例还包括，水下单元数据传输模块与水上单元数据传输模块之间为两根光纤进行数据通信，上行为大带宽低衰减多模光纤，下行为低数据率多模光纤，水下光纤通信电路与水上光纤通信电路各采用一对光纤通信接收器和光纤通信发送器来实现双工数据通信，光纤通信发送器中设置电源滤波电路；上行传输的数据为高速的声纳阵列原始数据与低速串口通信信息在数据位上相融合后的数据，下行数据为多路RS422格式的通信数据流，上行与下行光纤能够同时传输通信数据，通过两对光纤通信接收器与光纤通信发送器实现双向同时通信，能够使通信的双方同时发送和接收信息，进一步提高数据通信时的效率，采用电源滤波电路能够避免线路中引入的电噪声，并以匹配的输入阻抗最大程度地减少发射，来保证获得传输的最佳性能。

本实用新型的使用方法：

水下单元数据传输模块：首先根据发送/接收控制信号RX/TX*和发送完成信号STOP*生成AD模块所需要的时统信号和控制信号后，送至时间控制PAL按照定义进行缓存后送至多路复用电路，另外将用于数据采集和数据读取的时间控制信号与阵列选择信号分为A、B两组，分别对应奇数号阵列和偶数号阵列，也送至多路复用电路，通过多路复用技术把多个低速信号通道组合成一个高速信号通道，提高数据链路的利用率，接着以先进先出的方式传输至透明异步发送接口，这些水下单元的状态数据包括罗经、倾角、漏水检测、电源故障等，通过透明异步发送接口变换为串行通信数据，最后送入光纤通信发送器进行光电转换并通过光纤传输至水上单元数据传输模块，光纤通信发送器通过耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路，光纤传输的实际数据率为：

因此按照100Mbit/s进行设计，选用最高速率为125Mbit/s的光纤通信收发器件，所形成的链路的典型功率裕度为20.9dB，并且连续工作多年后功率裕度仍能大于13bB，而水下单元的光纤通信接收器用于接收水上单元数据传输模块回传的通信数据。

水上单元数据传输模块：通过水上单元数据传输模块的光纤通信接收器接收由水下单元数据传输模块传输来的数据，进行光电转换为电信号后通过数据分发电路将水下单元数据传输模块发送的串行通信数据解码分发，数据为9比特/字节，其中1比特为串行通信数据，包含了储能电压、水下单元姿态、漏水报警等信息，另外8比特为阵列数据，其中一部分送至水上RS422电路，另一部分经阵列数据格式转化电路中的乘法累加器通过4倍正交采样点的平均处理降采样，并生成同相分量与正交分量数据，该数据再经过6点的时间平均与低通滤波后送入输出寄存器，之后以128点同相分量接以128点正交分量的数据结构发往波束形成器模块，而降采样后的数据回传至控制器并通过水上RS422电路转换为RS422格式，最后发往控制显示处理单元或者传输至水下单元数据传输模块实现双工数据通信。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他的实施方式。对于本领域的技术人员来说，依然可以对上述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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种声纳的数据传输系统，包括水下单元数据传输模块和水上单元数据传输模块，其特征在于：所述水下单元数据传输模块与所述水上单元数据传输模块通过光纤连接通信；水下单元数据传输模块包括水下光纤通信电路、异步传输电路和系统控制电路，所述系统控制电路输出端连接所述异步传输电路输入端，所述异步传输电路与所述水下光纤通信电路双向连接，所述水下光纤通信电路输出端连接所述系统控制电路；水上单元数据传输模块包括水上光纤通信电路、数据分发电路和阵列数据格式转化电路，所述水上光纤通信电路与所述数据分发电路双向连接，所述数据分发电路输出端与所述阵列数据格式转化电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述水下单元数据传输模块中所述异步传输电路的输出端连接水下RS422电路，所述水上单元数据传输模块中所述数据分发电路与水上RS422电路双向连接。

3.根据权利要求1所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述水下单元数据传输模块还包括自检电路，其输入端连接所述异步传输电路。

4.根据权利要求1所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述水上单元数据传输模块还包括通信状态监测电路，其输入端连接所述水上光纤通信电路。

5.根据权利要求1所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述水下单元数据传输模块与水上单元数据传输模块之间为两根光纤进行数据通信，上行为大带宽低衰减多模光纤，下行为低数据率多模光纤。

6.根据权利要求1所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述水下光纤通信电路与所述水上光纤通信电路各采用一对光纤通信接收器和光纤通信发送器来实现双工数据通信。

7.根据权利要求6所述的一种声纳的数据传输系统，其特征在于：所述光纤通信电路的光纤通信发送器中设置电源滤波电路。

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