一種水聲環境監測的無線通信系統與方法技術方案

本發明專利技術涉及一種水聲環境監測的無線通信系統與方法，屬于水體動物監測、水聲環境及水下監測技術領域。本系統包括：浮臺接入節點、岸上基站、供電模塊、信息采集模塊、水下固定裝置以及服務器設備；本方法包括：1)一種水聲環境監測的無線通信系統中各模塊連接及初始化；2)信息采集模塊采集信息，再傳給傳感器通信單元；3)傳感器通信單元將信息發送給浮臺接入節點或岸上基站；4)岸上基站反饋給浮臺通信單元握手信息，并決定是否與傳感器通信單元握手；5)服務器設備使岸上基站可以訪問。本發明專利技術綜合了多種傳輸技術，具有實現靈活以及信息傳輸效率高的優勢，可實現連續不間斷的水聲環境監測。

Wireless communication system and method for underwater acoustic environment monitoring

The invention relates to a wireless communication system and a method for underwater acoustic environment monitoring. This system includes: a fixing device and a server device floating platform access node, shore base station, power supply module, information collection module, under water; the method comprises the following steps: 1) each module connection and initialization of wireless communication system for underwater environment monitoring; 2) information acquisition module collects information, and then sent to the sensor communication unit; 3) sensor communication unit transmits information to the floating platform access node or shore base station; 4) back to the shore base station floating platform communication unit handshake information and decide whether or not to shake hands in communication with the sensor unit; 5) the shore base station can access the server device. The invention integrates a plurality of transmission technologies, has the advantages of flexible implementation and high information transmission efficiency, and can realize continuous uninterrupted underwater acoustic environment monitoring.

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及一種水聲環境監測的無線通信系統與方法，屬于水體動物監測、水聲環境及水下監測

技術介紹
傳統的海面或水下環境監測大多采用有線線纜形式，近年來出現基于光纜形式的通信系統，有效提高了無線系統的傳輸容量。在傳輸模式方面，目前主要基于時分多址以及擴頻技術，數據傳輸速率的提升以及實時準確的信息傳遞依然是各種水面監測技術的發展瓶頸。經過檢索，國內外專利和文獻在水體動物監測、水聲環境及水下監測技術方面，主要涉及到無線傳輸，然而其傳輸方法及設備配置比較單一，存在信息傳輸速率有限及傳輸不及時的弊端，例如：(1)申請號：200810036339.1，名稱：中華鱘自然保護區數字化監測方法；的專利，提出了針對中華鱘幼蟲進行單一或多重標志，通過浮筒接收水體采集信息，再通過無線傳輸方式，傳送到位于陸地上的基站；此種傳輸方式浮筒間隔7km，一方面如此廣闊的水域范圍內監測中華鱘幼蟲，難免有疏漏，另一方面，僅通過浮筒傳輸到陸地上基站，信息傳輸準確率和實時性都難以保證。在無線網絡傳輸設備方面，涉及衛星通信信息傳輸、無線網絡信息傳輸、無線局域平臺信息交互，例如：(2)專利技術專利“一種海上遠程實時數據傳輸系統與數據傳輸方法”(專利號：201010258123.7)，基于擴頻通信、時分多址技術以及自清潔裝置，解決了海上遠程實時通信的困難，具有抗干擾能力強以及通信容量大的特點。此專利中，中繼站作為基站與浮標間通信的補充手段，有效提高了通信連接能力。然而，這種固定的網絡構建方式，依然存在配置不靈活以及通信可靠性不能完全保障的情況。(3)專利技術專利“一種基于中繼浮標的水陸通信系統”(專利號：CN 105356925A)，公開了一種包括：水下運載器、光通信接收端模塊、主控單元以及經無線電方式發送給陸地基站的基于浮標中繼的水陸數據通信系統。結合了光學技術，能夠實現高帶寬、高保密性以及高靈活性的低成本通信。此專利基于浮標中繼，擴展了浮標功能及信息傳輸范圍，增強了配置靈活性。然而，采用光學方式采集的高帶寬數據通過無線方式傳輸，難免會出現網絡擁塞及信息獲取不及時。(4)技術專利“一種基于GPRS網絡的航道水深遠程監控系統”(專利號：CN204439172U)，其核心是浮標布設有監控設備現場采集數據，再由測深儀及遠程數據傳送設備傳輸到移動基站，再經GPRS及Internet網絡，將信息傳輸到遠程監控中心。(5)美國專利“Method and apparatus for carrying out hi gh data rate and voice underwater communication”(專利號：US6130859A)，包含發射機、接收機及多普勒頻移補償；發射機包括數據源，串形轉換為n路并行數據，n通道調制器產生調制的信號，發射機還包括水診器用于接收和發送已調制信號；接收機包括接收已調信號的水診器；接收機包括射頻電路用于放大及對接收信號進行成型濾波，串并數據處理器，n通道解調器。本專利技術通過引入網絡拓撲涉及編碼調制以及自組織網絡協議，使得傳感器信息采集靈活、接入及數據傳輸更可靠，有效改進和提升了現有水聲環境監測的傳輸性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是進一步改進現有水聲監測與傳輸系統的傳輸性能以及使用靈活度，提出了一種水聲環境監測的無線通信系統與方法。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的。一種水聲環境監測的無線通信系統，包括：浮臺接入節點、岸上基站、供電模塊、信息采集模塊、水下固定裝置以及服務器設備；所述的浮臺接入節點包括浮臺外殼、浮臺通信單元、浮臺監控單元以及浮臺固定裝置；其中，所述的浮臺固定裝置包括浮臺錨及連接線纜；浮臺通信單元又包含浮臺調制解調器、浮臺天線、浮臺天線適配器以及浮臺線纜；所述岸上基站包括遠程通信單元、數據處理單元以及基站固定單元；所述供電模塊包括太陽能電池單元、電源模塊以及蓄電池單元；其中，蓄電池單元包括蓄電池和電壓變換器；太陽能電池單元包括太陽能電池和穩壓器；所述的信息采集模塊包括視頻采集單元、采集處理單元、傳感器通信單元，且信息采集模塊至少包括鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器、水質傳感器以及固定螺栓B；所述的鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器以及水質傳感器均為1個或1個以上，傳感器采集模塊還可以包含其他類型的傳感器；所述的信息采集模塊也可以為1個或多個；所述水下固定裝置包括固定錨、連接桿、軸銷、固定螺栓A以及水下連接線纜(；服務器設備又包含數據庫、服務器通訊模塊和后臺處理模塊；其中，浮臺通信單元與傳感器通信單元之間可以采用無線局域網通信；浮臺通信單元與傳感器通信單元、遠程通信單元與浮臺通信單元通信、遠程通信單元與傳感器通信單元通信；以及遠程通信單元與服務器通訊模塊之間的通信，可以采用GPRS、CDMA以及LTE為主的無線網絡；也可以采用衛星及HF電臺網進行通信；一種水聲環境監測的無線通信系統中各模塊連接關系如下：浮臺接入節點通過其中的浮臺通信單元與岸上基站中的遠程通信單元以及服務器設備中的服務器通訊模塊采用無線方式連接；供電模塊與浮臺接入節點相連；信息采集模塊通過其中的傳感器通信單元與浮臺接入節點及岸上基站通過無線方式相連；水下固定裝置與信息采集模塊相連，具體為水下固定裝置中的固定錨與連接桿相連；連接桿與軸銷相連，軸銷與固定螺栓A相連，固定螺栓A與水下連接線纜相連；水下連接線纜與信息采集模塊中的固定螺栓B相連；浮臺固定裝置(的連接線纜與浮臺接入節點的浮臺外殼相連；浮臺錨與連接線纜相連；供電模塊的太陽能電池單元與蓄電池單元相連；一種水聲環境監測的無線通信系統的各模塊功能為：所述服務器設備為遠程信息處理中心，一方面通過服務器通訊模塊使岸上基站可以訪問，另一方面將岸上基站接收的信息采集模塊采集和處理好的數據，并將其存儲入數據庫中；所述信息采集模塊通過視頻采集單元采集水下的圖像及視頻，以及通過鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器以及水質傳感器為主的傳感器采集鹽度、溫度、水密度以及水質為主信息；再經其采集處理單元進行視頻壓縮為主的處理，將采集到的信息打包，再經傳感器通信單元發送給浮臺接入節點；浮臺接入節點再通過無線電方式將壓縮后的采集信息發送給岸上基站；岸上基站可以與浮臺接入節點以及信息采集模塊中的傳感器傳輸單元通信；所述的信息采集模塊每隔S分鐘通過視頻采集單元采集水下的圖像及視頻，并調用其中各類傳感器采集數據，其中，所述的S范圍為2分鐘到60分鐘；所述水下固定裝置的功能是固定信息采集模塊；所述供電模塊為浮臺接入節點提供電能，具體通過蓄電池單元及太陽能電池單元以及電源模塊來實現；其中，太陽能電池產生的電能通過穩壓器，再存儲入蓄電池單元的蓄電池中；穩壓器用于防止太陽能電池的電壓過高，對蓄電池造成損害；蓄電池單元中的電壓變壓器的功能是將蓄電池(輸出的電壓，變換為浮臺接入節點需要的電壓；一種水聲環境監測的無線通信方法，包括如下步驟：步驟一、一種水聲環境監測的無線通信系統中各模塊連接及初始化，具體為：1.1水下固定裝置固定信息采集模塊，具體為：步驟1.11水下固定裝置中的固定錨嵌入連接桿中；步驟1.12連接桿嵌入軸銷中；步驟1.13軸銷連接固定螺栓A；步驟1.14固定螺栓A連接水下連接線纜；步驟1.15水下連接線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征在于，包括：浮臺接入節點、岸上基站、供電模塊、信息采集模塊、水下固定裝置以及服務器設備；所述的浮臺接入節點包括浮臺外殼、浮臺通信單元、浮臺監控單元以及浮臺固定裝置；其中，所述的浮臺固定裝置主要由浮臺錨及連接線纜組成；浮臺通信單元又主要包含浮臺調制解調器、浮臺天線、浮臺天線適配器以及浮臺線纜；所述岸上基站包括遠程通信單元、數據處理單元以及基站固定單元；所述供電模塊包括太陽能電池單元、電源模塊以及蓄電池單元；其中，蓄電池單元包括蓄電池和電壓變換器；太陽能電池單元包括太陽能電池和穩壓器；所述的信息采集模塊包括視頻采集單元、采集處理單元、傳感器通信單元，且信息采集模塊至少包括鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器、水質傳感器以及固定螺栓B；所述水下固定裝置包括固定錨、連接桿、軸銷、固定螺栓A以及水下連接線纜；服務器設備又包含數據庫、服務器通訊模塊和后臺處理模塊。

【技術特征摘要】
1.一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征在于，包括：浮臺接入節點、岸上基站、供電模塊、信息采集模塊、水下固定裝置以及服務器設備；所述的浮臺接入節點包括浮臺外殼、浮臺通信單元、浮臺監控單元以及浮臺固定裝置；其中，所述的浮臺固定裝置主要由浮臺錨及連接線纜組成；浮臺通信單元又主要包含浮臺調制解調器、浮臺天線、浮臺天線適配器以及浮臺線纜；所述岸上基站包括遠程通信單元、數據處理單元以及基站固定單元；所述供電模塊包括太陽能電池單元、電源模塊以及蓄電池單元；其中，蓄電池單元包括蓄電池和電壓變換器；太陽能電池單元包括太陽能電池和穩壓器；所述的信息采集模塊包括視頻采集單元、采集處理單元、傳感器通信單元，且信息采集模塊至少包括鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器、水質傳感器以及固定螺栓B；所述水下固定裝置包括固定錨、連接桿、軸銷、固定螺栓A以及水下連接線纜；服務器設備又包含數據庫、服務器通訊模塊和后臺處理模塊。2.如權利要求1所述的一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征還在于：所述的鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器以及水質傳感器均為1個或1個以上，傳感器采集模塊還可以包含其他類型的傳感器；所述的信息采集模塊也可以為1個或多個。3.如權利要求1所述的一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征還在于：其中，浮臺通信單元與傳感器通信單元之間可以采用無線局域網通信；浮臺通信單元與傳感器通信單元、遠程通信單元與浮臺通信單元通信、遠程通信單元與傳感器通信單元通信；以及遠程通信單元與服務器通訊模塊之間的通信，可以采用GPRS、CDMA以及LTE為主的無線網絡；也可以采用衛星及HF電臺網進行通信。4.如權利要求1所述的一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征還在于：一種水聲環境監測的無線通信系統中各模塊連接關系如下：浮臺接入節點通過其中的浮臺通信單元與岸上基站中的遠程通信單元以及服務器設備中的服務器通訊模塊采用無線方式連接；供電模塊與浮臺接入節點相連；信息采集模塊通過其中的傳感器通信單元與浮臺接入節點及岸上基站通過無線方式相連；水下固定裝置與信息采集模塊相連，具體為水下固定裝置中的固定錨與連接桿相連；連接桿與軸銷相連，軸銷與固定螺栓A相連，固定螺栓A與水下連接線纜相連；水下連接線纜與信息采集模塊中的固定螺栓B相連；浮臺固定裝置的連接線纜與浮臺接入節點的浮臺外殼相連；浮臺錨與連接線纜相連；供電模塊的太陽能電池單元與蓄電池單元相連。5.如權利要求1所述的一種水聲環境監測的無線通信系統，其特征還在于：該系統的各模塊功能為：服務器設備為遠程信息處理中心，一方面通過服務器通訊模塊使岸上基站可以訪問，另一方面將岸上基站接收的信息采集模塊采集和處理好的數據，并將其存儲入數據庫中；所述信息采集模塊通過視頻采集單元采集水下的圖像及視頻，以及通過鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度傳感器以及水質傳感器為主的傳感器采集鹽度、溫度、水密度以及水質為主信息；再經其采集處理單元進行視頻壓縮為主的處理，將采集到的信息打包，再經傳感器通信單元發送給浮臺接入節點；浮臺接入節點再通過無線電方式將壓縮后的采集信息發送給岸上基站；岸上基站可以與浮臺接入節點以及信息采集模塊中的傳感器傳輸單元通信；所述的信息采集模塊每隔S分鐘通過視頻采集單元采集水下的圖像及視頻，并調用其中各類傳感器采集數據，其中，所述的S范圍為2分鐘到60分鐘；所述水下固定裝置的功能是固定信息采集模塊；所述供電模塊為浮臺接入節點提供電能，具體通過蓄電池單元及太陽能電池單元以及電源模塊來實現；其中，太陽能電池產生的電能通過穩壓器，再存儲入蓄電池單元的蓄電池中；穩壓器用于防止太陽能電池的電壓過高，對蓄電池造成損害；蓄電池單元中的電壓變壓器的功能是將蓄電池輸出的電壓，變換為浮臺接入節點需要的電壓。6.如權利要求1所述的一種水聲環境監測的無線通信方法，其特征還在于，包括如下步驟：步驟一、一種水聲環境監測的無線通信系統中各模塊連接及初始化；步驟二、信息采集模塊中的視頻采集單元和鹽度傳感器、水溫傳感器、水密度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李雯，華楠，范玲玉，
申請(專利權)人：北方爆破科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11