[实用新型]一种水下设备声学低功耗操控系统

说明书

本实用新型涉及一种水下设备声学低功耗操控系统，包括水下无人平台及小型水下航行器、水声通信换能器及通信电路，通信电路包括依次连接的微型光继电器、全波整流电路、低通滤波电路、反向比较器、低功耗单片机及发射放大电路，发射放大电路连接微型光继电器；水声通信换能器依次连接换能器切换电路及微型光继电器，水声通信换能器通过换能器切换电路连接全波整流电路，换能器切换电路连接常规水声通信系统；低功耗单片机一端为异步串行接口UART，另一端采用PWM或IO控制，输出水声发射频率的二进制开关键控OOK调制。本实用新型的优点是，通过配置小型高频水声换能器，增加低成本电路，实现水下无人平台与小型水下航行器/载荷之间的低功耗可靠通信。

技术领域

本实用新型属于水下通信领域，具体涉及一种水下设备声学低功耗操控系统，应用于水下无人平台与其搭载设备之间的通信及控制。

背景技术

水下无人航行器(unmanned undersea vehicle，UUV)是具有自主航行能力,可实现水文及海底信息的采集、测绘，海洋环境监测，水下目标探测、定位、跟踪与识别等多种任务需求的无人水下平台。随着技术发展，水下航行器需要投送、布放各类潜浮标、水下功能载荷舱以及小、微型航行器系统，以满足远距离、分布式、长周期水下监测的需求。在投送、布放各类载荷设备时，需要在水下无人平台与载荷设备之间建立一种通信机制，用于传输控制指令与信息。例如，投放前平台需要启动载荷设备并确认其工作状态，传输时空坐标等参数信息。对于小型航行器载荷，需要投放前启动和同步航行器控制系统，实现协同动作，避免出现水下碰撞或平台失稳状态。

背景技术之一为有缆连接方式，需要水下接驳盒实现水下设备布放、脱离，系统复杂，可靠性及灵活性差。

背景技术之二为激光通信方式，可实现高速数据传输，缺点是需要在水下无人平台和小型水下航行器上安装额外激光通信设备，同时激光束需要对准，对系统结构设计约束较大，成本较高且难以兼容已有系统。

背景技术之三是常规水声通信，为了实现较远距离通信目的，水声通信机包含收发换能器及较复杂的信号调制解调系统，不仅设计复杂，成本高，而且系统功耗较大(瓦级及以上)，难以普遍应用于各类载荷，特别是小型低成本系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种水下设备声学低功耗操控系统，通过配置小型高频水声换能器，增加少量低成本电路，实现水下无人平台与小型水下航行器/载荷之间的低功耗可靠通信。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种水下设备声学低功耗操控系统，包括水下无人平台及其上设置的小型水下航行器、水声通信换能器及通信电路，所述通信电路用于水下无人平台与小型水下航行器及其荷载的通信连接；所述通信电路包括依次连接的微型光继电器、全波整流电路、低通滤波电路、反向比较器、低功耗单片机及发射放大电路，所述发射放大电路连接微型光继电器；所述水声通信换能器依次连接换能器切换电路及微型光继电器，所述水声通信换能器通过换能器切换电路连接全波整流电路，所述换能器切换电路连接常规水声通信系统；

所述换能器切换电路用于水声通信换能器的切换，使水声通信换能器在本系统和常规水声通信系统之间进行切换；所述微型光继电器用于实现收发合置切换，使水声通信换能器在接收和发射电路之间切换；所述低功耗单片机一端为异步串行接口UART，另一端采用PWM或IO控制，输出水声发射频率的二进制开关键控OOK调制。

进一步的，所述发射放大电路通过低功耗单片机的IO或PWM输出OOK调制波形，经三极管放大、变压器升压后驱动水声通信换能器进行发射。

进一步的，所述换能器切换电路与水声通信换能器、微型光继电器、常规水声通信系统均为双向连接。

进一步的，所述低功耗操控系统的功耗为100～200毫瓦。

作为优选，所述低功耗单片机采用MSP430单片机。