[发明专利]基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇

权利要求书

1.一种基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，包括多个具有信号收发功能的水下设备；所述水下设备以簇的方式组成协同式MIMO，实现探测通信一体化功能；所述水下设备包括控制模块，感知模块，推进模块和探测通信一体化模块；

所述控制模块接收水面控制中心发布的水面控制指令，从所述水面控制指令中解析探测区域信息，感知指令和探测指令，将所述探测区域信息发送至所述推进模块，将所述感知指令发送至感知模块，探测指令发送至探测通信一体化模块；

所述推进模块依据所述探测区域信息驱动相应水下设备移向探测区；

所述探测通信一体化模块包括磁感应通信模块以及声波模块；所述磁感应通信模块用于簇内各个水下设备之间的同步和通信；所述声波模块用于形成空间波束，其中主瓣叠加和水面控制中心或者其他水下设备簇的通信信息，旁瓣执行探测任务；

所述感知模块依据所述探测指令执行感知作业，并将获得的感知信息反馈至控制模块。

所述水下设备的工作存在同步阶段以及探测阶段。

2.根据权利要求1所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，所述感知模块包括温度计和/或盐度计。

3.根据权利要求1所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，所述水下设备簇包括一个主设备和多个从设备。

4.根据权利要求3所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，所述水下设备簇采用磁感应通信的方式依据同步算法通过簇内各个水下设备间信息交互实现簇内各个水下设备时钟同步。

5.根据权利要求4所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，所述水下设备簇的同步阶段，各个从设备的控制模块发通过探通一体化模块的磁感应通信模块向主设备发送本地时钟产生的时间戳，主设备的磁感应通信模块接收到从设备的时间戳后，发送给控制模块，主设备的控制模块接收到时间戳后通过其探通一体化模块的磁感应通信模块向从设备发送反馈数据包，从设备接收到反馈数据包后，其控制模块依据该数据包将本地时钟同步到主设备的时钟。

6.根据权利要求4所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，所述水下设备簇的探测阶段，一个簇内的多个水下设备组成协同式MIMO，各个设备的探测通信一体化模块的声波模块发射声波，所述发射的声波叠加控制模块计算得到的预编码矢量使得一个簇可以组成协同式MIMO发射空间波束，依据控制模块发布的探测指令，探通一体化模块的声波模块可发射声波执行探测任务获得探测信息，并将探测信息反馈至所述控制模块；当该簇需要和其他簇或水面控制中心通信时，该簇内所有设备的声波模块将发射由控制模块发送来的发射信号，所述发射信号由控制模块处理发射信号所得，此时该簇发射的空间波束具有探通一体化功能，该簇形成的空间波束，将所述发射信号叠加在主瓣上向水面控制中心或其他簇汇报，旁瓣波束继续进行探测，获得探测信息。

7.根据权利要求6所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，每个水下设备的发射信号为：

其中，s(t)表示发射信号，d(mN+n)为第m个OFDM符号在第n个子载波的加载数据，为矩形窗函数，M表示OFDM符号的总数，N表示子载波的总数，t表示时间变量，T表示采样周期，f_n表示第n个子载波的载波频率。

8.根据权利要求7所述的基于协同式MIMO探通一体化的水下设备簇，其特征在于，接收端的接收信号为：

y(t)＝Ahe^2πftw^Ta_φ+n(t)，

其中，y(t)表示接收信号，A表示振幅，h表示水声信道衰落，t表示时间变量，w表示预编码矢量，表示相位偏差，表示第i个水下设备的相位偏差，i＝1,L,K，K为振元的个数，n(t)表示均值为0方差为σ²的高斯白噪声。