基于多波束的水声通信系统

本发明涉及水声通信，更具体地，涉及一种基于多波束的水声通信系统。

背景技术：

1、目前，人类在海洋中活动日益增多，对水下通信的性能要求日益增高。与无线电和光相比，声在水下的传播距离最远，因此，水声通信是现阶段最有效的远距离水下通信方式。

2、在实现本发明构思的过程中，发现相关技术中存在能量利用率低、多径效应严重以及易受监听等问题，一定程度上限制了水声通信技术的进一步发展。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于多波束的水声通信系统。

2、本发明的一个方面提供了一种基于多波束的水声通信系统，包括：发射设备，用于对初始时间延迟序列进行调整，得到目标时间延迟序列，并产生与目标时间延迟序列相对应的目标激励信号序列；发射换能器阵列，与发射设备连接，用于按目标时间延迟序列将接收到的目标激励信号序列转换为水声调制声波，并叠加水声调制声波，得到与多个预定传输方向分别对应的目标波束；多个接收换能器阵列，用于接收多个目标波束，并对多个目标波束进行处理，得到模拟电信号，其中，每个接收换能器阵列的空间位置对应一个目标波束的预定传输方向；接收设备，与多个接收换能器阵列连接，用于处理接收到的模拟电信号，得到目标数字电信号。

3、根据本发明的实施例，水声调制声波包括多个水声调制信号；叠加水声调制声波，得到与多个预定传输方向分别对应的目标波束，包括：对多个水声调制信号进行质量分析，得到分析结果；根据分析结果，从多个水声调制信号中筛选出多个目标调制信号；叠加多个目标调制信号，得到与多个预定传输方向分别对应的目标波束。

4、根据本发明的实施例，目标激励信号序列包括多个目标激励信号，目标时间延迟序列包括多个目标时间延迟，初始时间延迟序列包括多个初始时间延迟；对初始时间延迟序列进行调整，得到目标时间延迟序列，并产生与目标时间延迟序列相对应的目标激励信号序列，包括：基于每个目标波束的预定传输方向，获取每个目标波束的方向数据；根据每个目标波束的方向数据，得到与每个目标激励信号对应的目标时间延迟；基于与每个目标激励信号对应的目标时间延迟，确定与每个目标激励信号对应的发射时刻；按照与每个目标激励信号对应的发射时刻，生成目标激励信号序列。

5、根据本发明的实施例，发射换能器阵列包括多个发射换能器，方向数据包括矢量方位角和矢量俯仰角；根据每个目标波束的方向数据，得到与每个目标激励信号对应的目标时间延迟，包括：获取与每个目标波束对应的矢量方位角和矢量俯仰角；根据矢量方位角和矢量俯仰角，得到与每个目标波束对应的目标参数；获取每个发射换能器的中心点的坐标数据；根据与每个目标波束对应的目标参数和每个发射换能器的中心点的坐标数据，得到与每个目标激励信号对应的目标时间延迟。

6、根据本发明的实施例，根据与每个目标波束对应的目标参数和每个发射换能器的中心点的坐标数据，得到与每个目标激励信号对应的目标时间延迟，包括：根据每个目标波束对应的目标参数和每个发射换能器的中心点的坐标数据，得到每个发射换能器与对应的目标波束之间的距离；根据每个发射换能器与对应的目标波束之间的距离以及预定传播速度，得到与每个目标激励信号对应的目标时间延迟，其中，预定传播速度为水介质中声波的传播速度。

7、根据本发明的实施例，相邻的多个发射换能器之间的距离与目标激励信号的波长之比小于或等于预定阈值。

8、根据本发明的实施例，发射设备包括驱动时钟模块和信号缓存模块；基于与每个目标激励信号对应的目标时间延迟，确定与每个目标激励信号对应的发射时刻，包括：基于驱动时钟模块的周期数据，对目标时间延迟进行运算，确定与每个目标激励信号对应的时间延迟余数；根据与每个目标激励信号对应的时间延迟余数，确定与每个目标激励信号相对应的驱动时钟模块；利用与每个目标激励信号相对应的驱动时钟模块，控制信号缓存模块按照目标缓存时长对每个目标激励信号进行缓存，其中，对于每个目标激励信号，目标缓存时长与目标时间延迟相等；根据每个目标激励信号对应的缓存时长，确定与每个目标激励信号对应的发射时刻。

9、根据本发明的实施例，接收换能器阵列包括多个接收换能器，且多个接收换能器之间存在接收延时；接收多个目标波束，并对多个目标波束进行处理，得到模拟电信号，包括：获取每个接收换能器的中心点的坐标数据；根据与每个目标波束对应的目标参数和每个接收换能器的中心点的坐标数据，得到与每个接收换能器对应的接收延时；对于每个接收换能器阵列，基于与每个接收换能器对应的接收延时，控制每个接收换能器根据对应的目标波束输出一个模拟子信号；对每个接收换能器阵列中多个接收换能器分别输出的多个模拟子信号进行平均处理，得到与每个目标波束对应的模拟电信号。

10、根据本发明的实施例，根据与每个目标波束对应的目标参数和每个接收换能器的中心点的坐标数据，得到与每个接收换能器对应的接收延时，包括：根据每个目标波束对应的目标参数和每个接收换能器的中心点的坐标数据，得到每个接收换能器与对应的目标波束之间的距离；根据每个接收换能器与对应的目标波束之间的距离以及预定传播速度，得到与每个接收换能器对应的接收延时。

11、根据本发明的实施例，处理接收到的模拟电信号，得到目标数字电信号，包括：对模拟电信号进行功率放大，得到放大电信号；对放大电信号进行增益控制，使得多个放大电信号的幅值相同；将幅值相同的多个放大电信号转换为目标数字电信号。

12、根据本发明的实施例，根据实际需求确认多个目标波束的传输方向，从而根据传输方向确认多个接收换能器阵列的空间位置，通过时间延迟对处理，使得目标激励信号序列按时间延迟发射，以便发射换能器阵列根据目标激励信号阵列输出指向性较好的目标波束，由于目标波束的传输方向与接收换能器阵列一一对应，因此，能够实现任意波束指向的“点对点”高效通信，避免了能量的浪费，为多波束水声通信设备的研发提供参考，另外，由于具有完整的软件和硬件组成，以及采用标准的水声通信设备设计流程及方法，可以根据实际需求进行二次开发。

技术特征：

1.一种基于多波束的水声通信系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水声调制声波包括多个水声调制信号；

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标激励信号序列包括多个目标激励信号，所述目标时间延迟序列包括多个目标时间延迟，所述初始时间延迟序列包括多个初始时间延迟；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述发射换能器阵列包括多个发射换能器，所述方向数据包括矢量方位角和矢量俯仰角；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据与每个所述目标波束对应的目标参数和每个所述发射换能器的中心点的坐标数据，得到与每个所述目标激励信号对应的所述目标时间延迟，包括：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，相邻的所述发射换能器之间的距离与所述目标激励信号的波长之比小于或等于预定阈值。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述发射设备包括驱动时钟模块和信号缓存模块；

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述接收换能器阵列包括多个接收换能器，且多个所述接收换能器之间存在接收延时；

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，根据与每个所述目标波束对应的目标参数和每个所述接收换能器的中心点的坐标数据，得到与每个所述接收换能器对应的所述接收延时，包括：

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理接收到的模拟电信号，得到目标数字电信号，包括：

技术总结本发明提供了一种基于多波束的水声通信系统，可以应用于水声通信技术领域。该系统包括：发射设备，用于对初始时间延迟序列进行调整，得到目标时间延迟序列，并产生与目标时间延迟序列相对应的目标激励信号序列；发射换能器阵列，与发射设备连接，用于按目标时间延迟序列将接收到的目标激励信号序列转换为水声调制声波，并叠加水声调制声波，得到与多个预定传输方向分别对应的目标波束；多个接收换能器阵列，用于接收多个目标波束，并对多个目标波束进行处理，得到模拟电信号，其中，每个接收换能器阵列的空间位置对应一个目标波束的预定传输方向；接收设备，与多个接收换能器阵列连接，用于处理接收到的模拟电信号，得到目标数字电信号。技术研发人员：陈世利,马齐受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17