[发明专利]一种全双工水声数字语音通信演示装置及其方法

说明书

一种全双工水声数字语音通信演示装置及其方法，涉及水声数字语音通信。装置分通信甲方和乙方，记作U₁和U₂,硬件结构相同；U₁/U₂的硬件系统包括语音输入输出设备、声码器及其外围电路、嵌入式CPU及其外围设备、放大滤波电路、电源转换电路、声电转换设备、控制面板和平板电脑，还包括微控制器MCU及其相关电路、漏电保护电路、气泡发生器、声电转换设备升降装置、声挡板、水槽和操作平台，声电转换设备包括4个水声换能器或2个水声换能器、2个水听器；水声换能器带宽分成B₁和B₂两个子带。实现实时全双工水下语音通信功能。接收合成的语音可懂度、自然度和清晰度高，互动好，装置体积小、价格便宜、可升级、易调试。

技术领域

本发明涉及水声数字语音通信技术领域，尤其是涉及一种全双工水声数字语音通信演示装置及其方法。

背景技术

随着陆地资源的逐渐枯竭，开发海洋变得日益迫切。近年来，国家在海洋研究、勘探和开发等领域的投入越来越大，相应的海洋经济也日益壮大。国内外越来越多的高校和研究机构开始从事海洋研究，并取得了一系列重大科研成果，如2012年，我国自主研制的深水潜器“蛟龙”号马里亚纳海沟最大下潜深度达到7062m，创造了作业型载人潜水器的最深下潜记录(徐芑南，张海燕.蛟龙号载人潜水器的研制及应用，科学，2014,66(2):11-13)。将最新海洋研究成果以科普的形式展现给青少年朋友，对激发他们热爱海洋、关心海洋、献身海洋具有重要意义。目前国内许多科技馆都部署了海洋馆，吸引了众多游客的参观和访问，对展现海洋科技成果，传播海洋知识起到了很大的促进作用。

水声通信技术虽然取得了快速发展，例如，“蛟龙”号可以深海环境中传输语音、图像、数据、文字和命令等信息，通信最大作用距离8～10km，最大传输速率达10千比特/秒(朱敏.蛟龙号载人潜水器声学系统，声学技术，2013,32(6):1-4)，但是，在海洋科技馆中，与水声通信有关的展品却几乎空白。现有的水声通信机由于体积、价格、速率和互动性等原因无法直接应用于科技馆展出。本发明针对海洋科技馆的特殊应用环境，成功研制了一种全双工水声数字语音通信演示装置，在科技馆中得以推广应用，取得了很好的展示效果。

发明内容

本发明的目的在于针对海洋科技馆的应用场景，提供实时、生动的一种全双工水声数字语音通信演示装置及其方法。

所述全双工水声数字语音通信演示装置分通信甲方和乙方，分别记作U₁和U₂；U₁和U₂的地位相同，硬件结构相同；U₁(或U₂)的硬件系统包括语音输入输出设备、声码器及其外围电路、嵌入式CPU及其外围设备、放大滤波电路、电源转换电路、声电转换设备、控制面板和平板电脑等，硬件系统还包括微控制器(MCU)及其相关电路、漏电保护电路、气泡发生器、声电转换设备升降装置、声挡板、水槽和操作平台等，声电转换设备包括4个水声换能器或2个水声换能器、2个水听器；

水声换能器带宽分成B₁和B₂两个子带；对通信方U₁，B₁为上行子带，用于发送语音数据，B₂为下行子带，用于接收语音数据；而对通信方U₂则相反，B₂为上行子带，用于发送语音数据，B₁为下行子带，用于接收语音数据，实现实时全双工语音通信功能；语音输入输出设备用于拾取和播放语音；声码器实现对语音的参数压缩编码和解码；嵌入式CPU完成水声信号的调制和解调，除主程序外，还包括2个子任务，子任务1用于处理发射声信号，子任务2用于处理接收声信号；MCU实现对气泡发生器、声挡板、升降装置的控制；平板电脑用于播放水声通信相关知识和操作简介等；控制面板为用户和装置之间的操作界面，有通话、干扰1、干扰2和干扰3等4个按钮；嵌入式CPU和MCU之间通过串行口进行通信，嵌入式CPU和声码器之间通过串行口进行通信，MCU和平板电脑之间通过蓝牙进行通信。