本發(fā)明專利技術(shù)提供一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射裝置及方法，該方法用于錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點通信信號的定向發(fā)射，包含：確定目標(biāo)節(jié)點方位的步驟，發(fā)射節(jié)點根據(jù)其自身的位置信息及目標(biāo)節(jié)點的位置信息，確定目標(biāo)節(jié)點的方位；選擇當(dāng)前指向所述目標(biāo)節(jié)點方位的定向換能器進(jìn)行發(fā)射的步驟，所述發(fā)射節(jié)點根據(jù)確定的目標(biāo)節(jié)點方位和自身當(dāng)前方向信息，選擇設(shè)置于其上的某一合適的定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點發(fā)射信號。本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種裝置，該裝置通過在水聲節(jié)點上安裝定向發(fā)射換能器以及羅盤傳感器，在發(fā)射通信信號前計算目標(biāo)節(jié)點的方位，并測量節(jié)點自身的方向，然后選擇當(dāng)前覆蓋相應(yīng)目標(biāo)節(jié)點方位的定向換能器進(jìn)行發(fā)射。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水聲通信領(lǐng)域，更具體地 說，本專利技術(shù)涉及一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法和裝置。
技術(shù)介紹
由于電磁波在水中衰減很大，目前中遠(yuǎn)距離的水下無線通信主要采用水聲通信技木。隨著海洋戰(zhàn)略地位日益重要，海洋環(huán)境數(shù)據(jù)采集、水下目標(biāo)探測等應(yīng)用中越來越多的采用了多節(jié)點水聲通信網(wǎng)絡(luò)。在這樣的系統(tǒng)中，多個節(jié)點間可以互為數(shù)據(jù)傳輸中繼和備份，提高了通信距離和可靠性。然而，目前水下通信網(wǎng)絡(luò)面臨兩個突出的問題第一，水聲通信節(jié)點的能源受限。水下節(jié)點一般依賴電池工作，除非特別接近海面的節(jié)點能夠利用太陽能充電之外，沒有低成本的能源補(bǔ)充途徑。受體積、成本等因素限制，電池容量也不可能無限大，這使得水聲通信節(jié)點有效工作壽命受限，此外，本領(lǐng)域技術(shù)人知道，水聲通信節(jié)點的能源主要消耗在發(fā)射時向外輻射能量，而接收及信號處理消耗能量相對很小。第二，水聲通信網(wǎng)絡(luò)的容量受限。水聲信道是共享信道，當(dāng)某兩個節(jié)點通信時，所發(fā)射的聲信號對一定距離內(nèi)的其它節(jié)點造成干擾。水聲信道的帶寬非常有限，因此節(jié)點間采用頻分復(fù)用方式工作效率不高。相對于光速，水中聲速很低，節(jié)點間精確同步困難，采用時分復(fù)用工作方式也不容易。組網(wǎng)時多個節(jié)點共享信道，使網(wǎng)絡(luò)整體通信容量難以提高。現(xiàn)有技術(shù)中水下通信節(jié)點布放時通常采用錨定或吊放的方式，雖然也可以采用支架固定在海底采用定向發(fā)射的技術(shù)來減少能量消耗提升通信容量，但是由于采用支架固定節(jié)點成本很高因而很少采用。同時對于采用錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點，其方向受水流影響而變化，存在不確定性，因此，現(xiàn)有技術(shù)中針對這類水下通信節(jié)點發(fā)射信號時ー般在垂直方向采用窄的開角，而水平方向則采用全向發(fā)射。但是采用這種方式有兩大缺點，一是發(fā)射節(jié)點能源利用率低，ニ是會造成節(jié)點間干擾，使得帶寬受限的通信系統(tǒng)的容量受到限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在干，為克服現(xiàn)有技術(shù)的采用錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點在發(fā)射信號時水平方向采用全向發(fā)射所導(dǎo)致水聲通信節(jié)點的能量效率低且水聲網(wǎng)絡(luò)通信容量小的問題，本專利技術(shù)在不用改變節(jié)點通用的錨定或吊放方式布放的條件下實現(xiàn)了節(jié)點在發(fā)射信號時定向發(fā)射，從而提供一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法和裝置。采用本專利技術(shù)的定向發(fā)射技術(shù)可以將輻射聲能量限制在一個較小的水平角度內(nèi)，避免全向發(fā)射所帯來能量的浪費，提高水聲通信節(jié)點的能量效率；同時減小全向發(fā)射所導(dǎo)致的對網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點的干擾，實現(xiàn)信道的空分復(fù)用，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體通信容量；即本專利技術(shù)提供ー種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法和裝置。針對本專利技術(shù)的目的，本專利技術(shù)提供一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，該方法用于采用錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點通信信號的定向發(fā)射，包含確定目標(biāo)節(jié)點方位的步驟，發(fā)射節(jié)點根據(jù)其自身的位置信息及目標(biāo)節(jié)點的位置信息，確定目標(biāo)節(jié)點相對于所述發(fā)射節(jié)點的方位；選擇當(dāng)前指向所述目標(biāo)節(jié)點方位的定向換能器進(jìn)行發(fā)射的步驟，所述發(fā)射節(jié)點根據(jù)確定的目標(biāo)節(jié)點方位和自身方向信息，選擇設(shè)置于其上的某ー合適的定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點發(fā)射信號。其中，位置信息是指海平面上某一點的地理坐標(biāo)，由經(jīng)緯度表示；方位與方向均為角度概念，目標(biāo)節(jié)點方位是從發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至發(fā)射節(jié)點至目 標(biāo)節(jié)點射線的水平夾角；發(fā)射節(jié)點的方向為從發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至發(fā)射節(jié)點上一設(shè)定參考直線的水平夾角。根據(jù)發(fā)射節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的位置，可以通過幾何方法目標(biāo)節(jié)點相對于發(fā)射節(jié)點的方位；然后根據(jù)定向換能器的安裝角度和發(fā)射節(jié)點自身的方向，可知當(dāng)前發(fā)射節(jié)點上哪個定向換能器覆蓋目標(biāo)節(jié)點所在方位，從而選擇該定向換能器發(fā)射通信信號。上述技術(shù)方案中，所述目標(biāo)節(jié)點的位置信息在布放時人工設(shè)定或在通信過程中測量得到；所述發(fā)射節(jié)點自身方向通過羅盤傳感器測量并計算得到。針對以上方法，本專利技術(shù)提供一種用于水下通信的定向發(fā)射裝置，該裝置實現(xiàn)采用錨定或吊放方式布放的水下通信系統(tǒng)的發(fā)射節(jié)點信號的定向發(fā)射，包含用于存儲發(fā)射節(jié)點位置和目標(biāo)節(jié)點位置信息的存儲單元，用于接受終端信號的接收單元，用于處理所述接收信號的信號處理單元，用于對發(fā)射信號進(jìn)行放大的功放単元，其特征在于，所述的裝置還包含布放在所述發(fā)射節(jié)點上的若干個定向換能器，用于所述發(fā)射節(jié)點定向地向目標(biāo)節(jié)點發(fā)射信號；設(shè)置于所述發(fā)射節(jié)點上的羅盤傳感器，該羅盤傳感器用于測量所述發(fā)射節(jié)點自身的方向；目標(biāo)方位計算單元，該單元依據(jù)所述發(fā)射節(jié)點自身的位置信息和所述發(fā)射節(jié)點和所述目標(biāo)節(jié)點的位置信息，計算得到所述目標(biāo)相對于所述發(fā)射節(jié)點的方位；和發(fā)射換能器切換器/雙エ器，用于依據(jù)所述目標(biāo)相方位和發(fā)射節(jié)點自身方向，從所述若干個定向換能器選擇某一個合適的定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點發(fā)射信號。上述技術(shù)方案中，所述定向換能器可設(shè)置于水聲通信節(jié)點殼體外圍，或者由透聲材料制做的殼體內(nèi)部。所述羅盤傳感器可設(shè)置于水聲通信節(jié)點殼體外部節(jié)點垂直中心線延長線上，或者由非鐵磁性材料制作的殼體內(nèi)部節(jié)點垂直中心線上。本專利技術(shù)的優(yōu)點是(I)采用定向發(fā)射技術(shù)，使發(fā)射能量集中，提高水聲通信節(jié)點的能量效率，可以使能量集中，避免浪費；(2)減小水聲節(jié)點間通信時對網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點的干擾，實現(xiàn)信道的空分復(fù)用，提高水聲網(wǎng)絡(luò)的通信容量。附圖說明圖I是水聲通信節(jié)點的吊放或錨定的示意圖2是現(xiàn)有水聲通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的水平指向性示意圖；圖3是本專利技術(shù)實施例中水聲通信節(jié)點的組成及原理的框圖。圖4是本專利技術(shù)目標(biāo)節(jié)點方位與發(fā)射節(jié)點方向計算與測量示意圖；圖5是采用本專利技術(shù)的水聲通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的水平指向性示意具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)ー步的描述。為了實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案在水聲通信節(jié)點上安裝N個(N > I)發(fā)射波束開角為360° /N的定向發(fā)射換能器(或換能器陣列)，共同覆蓋水平360°范圍。同時，在節(jié)點上安裝羅盤傳感器，在毎次通信 發(fā)射前測量節(jié)點自身的方向，并計算通信目標(biāo)節(jié)點的方位，然后選擇覆蓋相應(yīng)方位的發(fā)射換能器進(jìn)行發(fā)射。具體步驟如下(I)根據(jù)預(yù)先存諸的或測量得到的發(fā)射節(jié)點以及目標(biāo)節(jié)點的位置坐標(biāo)計算出目標(biāo)節(jié)點方位角，即發(fā)射節(jié)點至地理北極射線順時針至發(fā)射節(jié)點至目標(biāo)節(jié)點射線的夾角；(2)利用羅盤傳感器測量發(fā)射節(jié)點的方向，即從發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至發(fā)射節(jié)點上一設(shè)定參考直線的水平夾角；(3)根據(jù)發(fā)射節(jié)點自身方向，以及其上各定向換能器的安裝角度計算各定向換能器聲輻射面中心法線指向與目標(biāo)節(jié)點方位角的差值；(4)選擇使該角度差值絕對值最小(即指向目標(biāo)節(jié)點方位)的那個定向換能器發(fā)射通信信號。在步驟(I)中，各節(jié)點的位置坐標(biāo)可以在布放時人工設(shè)定，也可以在通信過程中測量得到。所述步驟I)中目標(biāo)節(jié)點方位角可通過幾何方法計算得到，ー種具體方法如下設(shè)發(fā)射節(jié)點坐標(biāo)(緯度，經(jīng)度)為(lat。，long。)，目標(biāo)節(jié)點坐標(biāo)為(Iat1, Iong1),坐標(biāo)單位均為度，北緯為正，南緯為負(fù)，東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)，將地球近似為理想球形，則目標(biāo)節(jié)點方位角為Θ = {atan2 [sin (Iong1-Iong0) cos (Iat1),cos (Iat0) sin (Iat1) -sin (Iat0) cos (Iat1) cos (Iong1-Iong0)]+360} % 360 (I)式中atan2為四象限反正切函數(shù)，返回值區(qū)間為(-180°，+18本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，該方法用于實現(xiàn)采用錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點通信信號的定向發(fā)射，包含：確定目標(biāo)節(jié)點方位的步驟，發(fā)射節(jié)點根據(jù)其自身的位置信息及目標(biāo)節(jié)點的位置信息，確定目標(biāo)節(jié)點相對于所述發(fā)射節(jié)點的方位；選擇當(dāng)前指向所述目標(biāo)節(jié)點方位的定向換能器進(jìn)行定向發(fā)射的步驟，所述發(fā)射節(jié)點根據(jù)確定的目標(biāo)節(jié)點方位及自身方向信息，選擇設(shè)置于其上的某一合適的定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點定向發(fā)射信號；其中，所述位置信息用基于經(jīng)緯度的地理坐標(biāo)表示；所述目標(biāo)節(jié)點方位是從所述發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至目標(biāo)節(jié)點射線的水平夾角；所述發(fā)射節(jié)點的方向是從發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至發(fā)射節(jié)點上一設(shè)定參考直線的水平夾角。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，該方法用于實現(xiàn)采用錨定或吊放方式布放的水下通信節(jié)點通信信號的定向發(fā)射，包含 確定目標(biāo)節(jié)點方位的步驟，發(fā)射節(jié)點根據(jù)其自身的位置信息及目標(biāo)節(jié)點的位置信息，確定目標(biāo)節(jié)點相對于所述發(fā)射節(jié)點的方位； 選擇當(dāng)前指向所述目標(biāo)節(jié)點方位的定向換能器進(jìn)行定向發(fā)射的步驟，所述發(fā)射節(jié)點根據(jù)確定的目標(biāo)節(jié)點方位及自身方向信息，選擇設(shè)置于其上的某ー合適的定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點定向發(fā)射信號； 其中，所述位置信息用基于經(jīng)緯度的地理坐標(biāo)表示；所述目標(biāo)節(jié)點方位是從所述發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至目標(biāo)節(jié)點射線的水平夾角；所述發(fā)射節(jié)點的方向是從發(fā)射節(jié)點與地理北極的射線起，順時針方向至發(fā)射節(jié)點上一設(shè)定參考直線的水平夾角。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，其特征在于，所述位置信息在布放時人工設(shè)定或在通信過程中測量得到。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，其特征在于，所述目標(biāo)節(jié)點方位根據(jù)發(fā)射節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點的經(jīng)緯度坐標(biāo)采用幾何方法得到。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，其特征在于，所述發(fā)射節(jié)點自身方向利用安裝在發(fā)射節(jié)點上的羅盤傳感器測量并計算得到。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于水下通信節(jié)點的定向發(fā)射方法，其特征在于，所述選擇某一合適的定向換能器進(jìn)行發(fā)射的步驟進(jìn)一歩包含如下步驟 根據(jù)發(fā)射節(jié)點自身方向，以及其上各定向換能器的安裝角度計算各定向換能器聲福射面中心法線指向與所述目標(biāo)節(jié)點方位角的差值，選擇使該差值絕對值最小的那個定向換能器向所述目標(biāo)節(jié)點發(fā)射通信信號。6.一種用于水下通信節(jié)點的定向...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王永豐，劉云濤，張秋生，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院聲學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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