[发明专利]一种可升降的通信中继系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于完成水下用户与地面用户之间信息交互的通信系统，具体涉及一种可升降的通信中继系统及方法。

背景技术

电磁波是空气中最主要的无线通信信息载体，但电磁波能量在水中会迅速衰减，不能远距离传播。水下一般采用水声通信方式。因此进行水面上和水面下的信息交互，需要实现电声信号的转换，这是目前技术的一个短板。现有的解决办法是依靠海洋水下潜标系统，或是通过预先设定的程序，自主进行各种传感器数据的采集存储，待将潜标系统打捞上来才能获取数据；或是通过岸站提供潜标系统动力，以有线电缆方式与岸站进行数据交互。前者的优点是隐蔽性好，不易被水面船只破坏，缺点是工作不够机动灵活，数据实时性不强；后者的优点是数据实时性强，随时通过岸站控制潜标系统的工作状态，缺点是布设成本高，后期维护困难。这两种办法都不能从根本上解决以上问题。经过调研，目前并没有一种通用设备能够通过电声转换实现水下与地面用户数据交互。

值得注意的是，在专利CN.102167136A中，公开了一种海洋升降潜标系统，其目的是采集海洋环境参数，实时向地面岸站传输。在该系统中，浮标通过通信缆连接水下绞车，绞车上的控制中心控制浮标定时浮出和潜入海中。浮标浮出海面时，将控制中心采集的海洋参数传输给地面岸站。这种方式有效解决了海洋观测数据向地面岸站实时传输的问题，但在水面上和水面下信息交互方面，仍存在以下缺陷：

1.水下绞车与浮标通过有线电缆相连，成本较高、电缆易损、易缠绕，有可能造成的后果就是升降寿命减少；

2.在浮标浮出和潜入海中的过程中，系统功耗较高，频繁升降工作的续航能力不足；

3.仅实现水下向地面岸站的数据传输，需要在布设前明确时间任务，并凭借其进行工作，地面岸站没有对水下用户进行遥控指挥，缺乏使用的灵活性；

4.海洋领域常需多标联合协同工作。这种发明每标独立，不便水下组网。只能升出水面，通过地面站间接组网协同，可行性、实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可升降的通信中继系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种可升降的通信中继系统用于完成水下用户与地面控制中心之间的信息交互，所述系统包含：

用于完成水下用户与地面控制中心之间信息收发的天线舱；

用于控制天线舱在水下上浮或下潜及管理水下和地面用户的中继控制舱；和

用于具体实施天线舱升降动作的升降装置；

其中，

所述天线舱包含第一水声调制解调器和天线舱顶部的卫星通信终端，所述第一调制解调器与位于水下的中继控制舱进行双向无线水声通信，所述卫星通信终端通过无线的方式与地面控制中心之间进行数据或指令的交互；

所述升降装置在所述中继控制舱的控制下实现天线舱在水下的上浮或下潜；

所述中继控制舱通过水声无线通信监控天线舱的深度和姿态数据，并依据天线舱的深度和姿态数据控制升降装置的工作和停止，进而改变天线舱在水中所处的位置；此外该模块还用于管理水下用户和地面用户进行数据传输。

上述技术方案中，所述天线舱进一步包含：水密电子仓、电池组件、卫星通信终端、第一水声调制解调器和天线主控模块；

所述卫星通信终端设置于天线舱的顶部且与所述天线主控模块相连接；所述第一水声调制解调器与天线主控模块通过串行接口相连；

所述天线主控模块包含数据传输模块，控制天线舱与地面用户之间指令和数据的发送、接收、解码和存储，以及天线舱与中继控制舱之间的无线水声数据传输。

此外，所述天线主控模块还包含：供电控制模块和状态监测模块；

所述供电控制模块用于天线舱所有设备的电源管理，当天线舱到达水面，需要与地面用户进行数据通信时，供电控制模块控制卫星通信终端和第一水声调制解调器上电；当天线舱潜入水下后，天线舱进入省电模式，关断卫星通信终端和第一水声调制解调器的电源；

所述状态监测模块用于天线舱工作状态参数的采集和监测，保证天线舱工作正常稳定。

上述技术方案中，所述中继控制舱进一步包含：水密电子仓、中继主控模块、电池组件、第二水声调制解调器和第三水声调制解调器；

所述第二水声调制解调器和第三水声调制解调器分别与所述中继主控模块通过串行接口相连接；所述升降装置包含的电机结构与所述中继主控模块通过电缆连接。

上述技术方案中，所述升降装置进一步包含：电机机构、绞盘、绳索和大浮球；