【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及水下傳感通信，尤其涉及一種水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、水聲反向散射通信是一門新興的水下通信技術(shù)，其通過反向散射已有的聲信號(hào)代替主動(dòng)產(chǎn)生聲信號(hào)，因而能夠享受到物聯(lián)網(wǎng)所帶來的低功耗，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行等多方面的好處，因其綠色環(huán)保無污染的特點(diǎn)，可以廣泛的運(yùn)用于海洋資源勘探，氣候監(jiān)測(cè)，物種追蹤等領(lǐng)域。
2、水聲反向散射系統(tǒng)通常包含三個(gè)部分，第一部分聲源作為聲信號(hào)發(fā)送裝置，第二部分接收端采用水聽器作為信號(hào)接收裝置，第三部分是無源反向散射節(jié)點(diǎn)。無源反射散射節(jié)點(diǎn)用于對(duì)聲信號(hào)發(fā)送裝置發(fā)送的聲信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以將傳感獲取的檢測(cè)數(shù)據(jù)加載到聲信號(hào)中向接收端反射，并通過接收端接收解碼獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)有的水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行通常會(huì)采用嵌入式控制器進(jìn)行控制，存在硬件成本高、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、工作功耗高等問題，且水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)通常也無法實(shí)現(xiàn)零功耗待機(jī)，若需要保持能夠?qū)ν饨缧畔⑦M(jìn)行響應(yīng)，則需要進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)聽，也就會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的待機(jī)功耗。
3、因此，如何提供一種水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)及方法，能夠降低工作過程中的通信能耗，提高通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，以成為本領(lǐng)域人員亟需解決的技術(shù)問題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
2、為此，本申請(qǐng)的第一個(gè)目的在于提出一種水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)，能夠提高水下通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，降低通信功耗。
3、為達(dá)上述目的，本申請(qǐng)第一方面實(shí)施例
4、所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊包括第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊在所述第一狀態(tài)下輸出第一信號(hào)，在所述第二狀態(tài)輸出第二信號(hào)；
5、所述儲(chǔ)能模塊用于接收所述第一信號(hào)，并將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定存儲(chǔ)的電信號(hào)，為所述負(fù)載模塊的運(yùn)行供電；
6、所述負(fù)載模塊在所述儲(chǔ)能模塊的供電驅(qū)動(dòng)下，用于獲取傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的控制信號(hào)，以控制所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊在所述第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。
7、可選地，所述通信系統(tǒng)還包括發(fā)射器模塊和接收器模塊；所述發(fā)射器模塊用于向所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，以將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊激發(fā)至第一狀態(tài)；所述接收器模塊用于接收所述第二信號(hào)，以根據(jù)所述第二信號(hào)對(duì)所述負(fù)載模塊獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。
8、可選地，所述負(fù)載模塊包括傳感單元和模擬振蕩單元；所述傳感單元在所述儲(chǔ)能模塊的供電驅(qū)動(dòng)下，將獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出至所述模擬振蕩單元，所述模擬振蕩單元基于所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)、所述傳感單元的特征參數(shù)、以及所述模擬振蕩單元設(shè)置參數(shù)之間的映射關(guān)系，將所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所述控制信號(hào)的頻率參數(shù)。
9、可選地，所述傳感單元至少包括電阻式傳感器和電容式傳感器中的任意一種，所述傳感單元的物理特征參數(shù)包括電阻值或電容值的變化參數(shù)。
10、可選地，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊包括水聲信號(hào)換能器和開關(guān)組件，所述開關(guān)組件用于接收所述控制信號(hào)，并能夠基于所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)下在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換；其中，
11、當(dāng)所述開關(guān)組件在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊處于所述第一狀態(tài)，所述水聲信號(hào)換能器向所述儲(chǔ)能模塊輸出所述第一信號(hào)；
12、當(dāng)所述開關(guān)組件在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊處于所述第二狀態(tài)，所述水聲信號(hào)換能器向所述接收器模塊輸出所述第二信號(hào)。
13、可選地，所述控制信號(hào)為周期型的方波信號(hào)，所述方波信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)組件在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換，以對(duì)所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊接收的所述激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并向所述接收器模塊反射輸出所述第二信號(hào)。
14、可選地，所述儲(chǔ)能模塊包括依次連接的整流單元、穩(wěn)壓?jiǎn)卧蛢?chǔ)能單元；其中，
15、所述整流單元用于接收所述第一信號(hào)，并將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電信號(hào)；
16、所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧糜诮邮账稣鲉卧斎攵说闹绷麟娦盘?hào)，并將直流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為具體穩(wěn)定電壓的直流電信號(hào)；
17、所述儲(chǔ)能單元用于接收所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧敵龅木哂蟹€(wěn)定電壓的直流電信號(hào)并存儲(chǔ)。
18、本申請(qǐng)第二方面實(shí)施例提出了一種水下感傳一體反向散射通信方法，所述通信方法包括：
19、提供水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)，所述水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、儲(chǔ)能模塊和負(fù)載模塊；
20、利用發(fā)射器模塊向所述水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，使所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊響應(yīng)于所述激勵(lì)信號(hào)，并向所述儲(chǔ)能模塊輸出第一信號(hào)，以對(duì)所述儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充能；
21、所述負(fù)載模塊在所述儲(chǔ)能模塊的供電驅(qū)動(dòng)下，采集獲取水下環(huán)境的傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)，將所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的控制信號(hào)的頻率參數(shù)；
22、所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊基于所述控制信號(hào)對(duì)所述激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行搬移和調(diào)制，并向接收器模塊反射輸出第二信號(hào)；
23、所述接收器模塊通過接收到所述第二信號(hào)，并對(duì)所述第二信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)。
24、可選地，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊基于所述控制信號(hào)對(duì)所述激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行搬移和調(diào)制，并形成所述第二信號(hào)的方法采用連續(xù)頻移鍵控調(diào)制方法。
25、可選地，所述激勵(lì)信號(hào)包括單頻正弦波水聲信號(hào)，所述第一信號(hào)包括單頻正弦波電信號(hào)。
26、本申請(qǐng)?zhí)峁┑乃赂袀饕惑w反向散射通信系統(tǒng)及方法至少包括如下有益效果：
27、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)及方法，該通訊系統(tǒng)包括由信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊110、儲(chǔ)能模塊120和負(fù)載模塊130組成的水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)100，并利用儲(chǔ)能模塊120將信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊110在第一狀態(tài)下輸出的第一信號(hào)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載模塊130采集獲取傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)、以及將傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)映射到輸出的控制信號(hào)中，以控制信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊110在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換，并將傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)制到控制信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊110在第二狀態(tài)下輸出的第二信號(hào)中。本申請(qǐng)?zhí)峁┑乃赂袀饕惑w反向散射通信系統(tǒng)降低了水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)100的功耗，提高水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。
28、進(jìn)一步地，本申請(qǐng)中的第二信號(hào)是控制信號(hào)通過對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)頻移鍵控調(diào)制方法調(diào)制形成，從而將映射在控制信號(hào)中的傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)制到激勵(lì)信號(hào)與第二信號(hào)的頻率差中，使得第二信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)長(zhǎng)距離信號(hào)強(qiáng)度衰減不敏感、能量分布集中、耐受多徑傳播等優(yōu)點(diǎn)。
29、進(jìn)一步地，本申請(qǐng)中傳感單元采集的傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)基于全模擬電路的感傳一體映射方法，直接映射模擬震蕩單元輸出的控制信號(hào)中，也就不存在量化誤差、adc誤差數(shù)據(jù)裁切等過程，保證傳感器數(shù)據(jù)無損連續(xù)映射到副載波搬移頻率，且映射過程為連續(xù)過程，傳感器采集的傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)回傳更新頻率無限高，從而大幅提高了傳感器數(shù)據(jù)更新的實(shí)時(shí)性。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)，所述水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、儲(chǔ)能模塊和負(fù)載模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括發(fā)射器模塊和接收器模塊；所述發(fā)射器模塊用于向所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，以將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊激發(fā)至第一狀態(tài)；所述接收器模塊用于接收所述第二信號(hào)，以根據(jù)所述第二信號(hào)對(duì)所述負(fù)載模塊獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載模塊包括傳感單元和模擬振蕩單元；所述傳感單元在所述儲(chǔ)能模塊的供電驅(qū)動(dòng)下，將獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出至所述模擬振蕩單元，所述模擬振蕩單元基于所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)、所述傳感單元的特征參數(shù)、以及所述模擬振蕩單元設(shè)置參數(shù)之間的映射關(guān)系，將所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所述控制信號(hào)的頻率參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感單元至少包括電阻式傳感器和電容式傳感器中的任意一種，所述傳感單元的物理特征參數(shù)包括電阻值或電容值的變化參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)為周期型的方波信號(hào)，所述方波信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)組件在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換，以對(duì)所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊接收的所述激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并向所述接收器模塊反射輸出所述第二信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能模塊包括依次連接的整流單元、穩(wěn)壓?jiǎn)卧蛢?chǔ)能單元；其中，
8.一種水下感傳一體反向散射通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通信方法，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊基于所述控制信號(hào)對(duì)所述激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行搬移和調(diào)制，并形成所述第二信號(hào)的方法采用連續(xù)頻移鍵控調(diào)制方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通信方法，其特征在于，所述激勵(lì)信號(hào)包括單頻正弦波水聲信號(hào)，所述第一信號(hào)包括單頻正弦波電信號(hào)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種水下感傳一體反向散射通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)，所述水下無源反向散射節(jié)點(diǎn)包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、儲(chǔ)能模塊和負(fù)載模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括發(fā)射器模塊和接收器模塊；所述發(fā)射器模塊用于向所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，以將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊激發(fā)至第一狀態(tài)；所述接收器模塊用于接收所述第二信號(hào)，以根據(jù)所述第二信號(hào)對(duì)所述負(fù)載模塊獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載模塊包括傳感單元和模擬振蕩單元；所述傳感單元在所述儲(chǔ)能模塊的供電驅(qū)動(dòng)下，將獲取的所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出至所述模擬振蕩單元，所述模擬振蕩單元基于所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)、所述傳感單元的特征參數(shù)、以及所述模擬振蕩單元設(shè)置參數(shù)之間的映射關(guān)系，將所述傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所述控制信號(hào)的頻率參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感單元至少包括電阻式傳感器和電容式傳感器中的任意一種，所述傳感單元的物理特征參數(shù)包括電阻值或電容值的變化參...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉軍，趙禎祥，宮圣華，張通，譚杰，董浩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。