一种跨介质通信定位一体化系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种跨介质通信定位一体化系统及方法

【技术实现步骤摘要】
一种跨介质通信定位一体化系统及方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种跨介质通信定位一体化系统及方法
。

技术介绍

[0002]目前国内跨介质通信定位一体化研究尚未成熟，需要多种通信载体结合，组网不成熟，空海跨介质通信和定位的集成存在许多问题
。
现有的跨介质通信定位技术通常表现为各种不同的中继方式
。
[0003]中继方式常见于由船舶
、
浮标无线电基站等与水下基站相配合组成空间组网实现对水下目标的通信定位，使用中继方式的通信定位系统表现为由水面船载测距仪，海底应答阵和其它系统设备共同组成；
AUV
使用惯性导航定位，利用陀螺仪传感器检测
AUV
的加速度，通常和多普勒计程仪
DVL
搭配使用，但是这种系统也必须通过确定参考点的相对位置来消除定位误差，但是
AUV
也得上浮到海面上通过
GPS
或者北斗接收机来完成最后的定位任务
。
[0004]水声测量通信技术在海洋中能够实现很好的通信定位，但是无法单独实现跨介质通信定位
。
水声导航定位使用长
/
短基站，其定位精度有限，且提前精密布置的应答器作用距离短，需要目标反复经过应答阵列才可以获得定位位置，成本贵，暴露风险高不利用作战；使用
DVL
和
GPS
结合，由于海水的导电性，无线电在海水中急速衰减，需要
AUV
等上浮，增加了设备的暴露分享，降低安全性
。
[0005]因此现有的空海跨域通信定位网络存在只能采用单一化的通信技术和定位技术通过不同的方法结合到系统中，即只能使用不同的载体
、
平台
、
子系统来达到信息传输，共享，定位导航，无法将通信与定位集成一体化的问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有的空海跨域通信定位只能使用不同的载体
、
平台
、
子系统来达到信息传输，共享，定位导航，无法将通信与定位集成一体化的问题，提供了一种跨介质通信定位一体化系统及方法，该系统及方法使用简单的收发磁线圈和其它设备共同组成系统实现跨介质无中继通信定位一体化，提高通信定位性能，提高系统兼容性和稳定性，降低信道影响，传输速率快，时延低，定位精度高，现有的空海跨域通信定位只能使用不同的载体
、
平台
、
子系统来达到信息传输，共享，定位导航，无法将通信与定位集成一体化的问题
。
[0007]本申请的技术方案是：
[0008]一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述系统包括：至少两个携带交互节点的设备和水下磁收发阵列，其中，通过交互节点发射自身通信与定位信息的设备为发射端，通过交互节点接收发射端通信与定位信息的设备为接收端；
[0009]所述交互节点用于接收和传输通信和定位信息；
[0010]所述交互节点包括：信号调制模块和信号解调模块两个个模块；
[0011]所述信号调制模块用于将发射端发射的通信与定位信息调制为发射信号，并将发射信号发射至水下磁收发阵列的磁收发阵列模块；
[0012]所述信号解调模块用于接收并处理经磁收发阵列放大后的放大信号，以得到发射端的通信定位信息
。
[0013]基于一种跨介质通信定位一体化系统的通信定位一体化方法包括：
[0014]S1
：发射端的交互节点将自身通信与定位信息调制为发射信号，并将发射信号发射至水下磁收发阵列内最近的磁收发阵列模块；
[0015]所述发射信号为磁场信号；
[0016]S2
：磁收发阵列模块接收发射信号并对发射信号进行放大得到放大后的信号，然后磁收发阵列模块将放大后的信号发射至接收端；
[0017]所述放大后的信号为磁场信号，放大后的信号带有和发射信号相同的通信与定位信息；
[0018]S3
：接收端的交互节点接收放大后的信号，并将放大后的信号转换为感应电信号，对感应电信号依次进行采样
、
滤波，得到处理后的信号，然后对处理后的信号进行解调处理，获得发射端的通信与定位信息
。
[0019]本申请与现有技术相比具有以下效果：
[0020]本专利技术在空气域和水域中分别放置交互节点，发射端经过基带信号的幅度和相位调制，其中作为发射端的交互节点靠近水下线圈时，磁收发阵列模块识别发射端发出定位信息和通讯信息，然后磁收发阵列模块再通过控制器变化磁场，作为接收端的交互节点测量变化的磁场获取变换磁场所包含的信息，发接收端对调制信号经过接收，恢复，解调等得到发射端的通讯定位信号
。
本专利技术利用收发磁线圈之间的无线磁场感应变化，并根据特定的信号调制方式，完成携带编码综合信息的交换，实现水下移动节点在正常工作的同时，固定线圈阵列可以将信号放大后远距离传输到水上移动节点，达到通信定位一体化的目的
。
实现水上与水下的实时通信和精准定位
。
附图说明
[0021]图1为本专利技术跨介质通信定位一体化方法的使用场景示意图；
[0022]图2为本专利技术跨介质通信定位一体化方法的简要流程示意图
。
具体实施方式
[0023]具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，由于空
‑
水介质的磁导率几乎相同，交变磁场在空
‑
水界面是连续的，可以用来跨介质通信和定位，下面介绍利用磁信号来跨介质通信和定位的原理：在给定位于水下中的
N1匝闭合线圈交变电流
I
r
后，线圈周围空间磁场发生变化，在空气的
N2匝闭合线圈感应到空间中变化的磁场后在线圈内会产生变化的磁通量，随时间
t
变化的磁通量产生变化感应电动势，感应电动势就是空气接收端获取到的传输信号，从接收端感应电动势由以下公式计算出来：
[0024][0025]其中，
S
为单匝线圈面积，
B
为感应磁场强度，
M
为收发线圈之间的互感，由上式可
得，接收端感应电动势可以通过接收端的磁场大小和激励电流计算
。
[0026]一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述系统包括：至少两个携带交互节点的设备和水下磁收发阵列，其中，通过交互节点发射自身通信与定位信息的设备为发射端，通过交互节点接收发射端通信与定位信息的设备为接收端；
[0027]所述交互节点用于接收和传输通信和定位信息；
[0028]所述交互节点包括：信号调制模块和信号解调模块两个个模块；
[0029]所述信号调制模块用于将发射端发射的通信与定位信息调制为发射信号，并将发射信号发射至水下磁收发阵列的磁收发阵列模块；
[0030]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述系统包括：至少两个携带交互节点的设备和水下磁收发阵列，其中，通过交互节点发射自身通信与定位信息的设备为发射端，通过交互节点接收发射端通信与定位信息的设备为接收端；所述交互节点用于接收和传输通信和定位信息；所述交互节点包括：信号调制模块和信号解调模块；所述信号调制模块用于将发射端发射的通信与定位信息调制为发射信号，并将发射信号发射至水下磁收发阵列的磁收发阵列模块；所述信号解调模块用于接收并处理经磁收发阵列放大后的放大信号，以得到发射端的通信定位信息；所述水下磁收发阵列用于接收发射端发射的发射信号并将发射信号放大发射给接收端
。2.
根据权利要求1中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述信号解调模块包括：接收单元
、
解调单元；其中，接收单元接收水下磁收发阵列发射的放大信号，将放大信号转换为感应电信号，并对感应电信号依次进行采样
、
滤波处理，处理后的信号输入给解调单元进行解调处理；所述水下磁收发阵列包括多个磁收发阵列模块
。3.
根据权利要求2中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述发射信号和放大信号均为磁场信号，发射信号和放大信号具有相同的定位和通信信息
。4.
根据权利要求3中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述发射信号的线性方程
X(t)
为同向分量与正交分量的结合
。5.
根据权利要求4中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述解调单元包括定位解调子单元和通信解调子单元；其中，定位解子单元使用相干解调
X
L
(t)
＝
X(t)cos(w
c
t)
对处理后的信号进行解调，以获得发射端的定位信息；通信解调子单元采用非相干解调
X
p
(t)
＝
X(t)sin(w
c
t)
对处理后的信号进行解调，以获得发射端的通信信息
。6.
根据权利要求5中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述携带交互节点的设备包括：水下作业的移动设备
、
潜水员
、
水下无人潜航器
、
载人潜水器
、
海面上的船舶
、
海面浮标
、
空中无人机和陆地通信站
。7.
根据权利要求6中所述的一种跨介质通信定位一体化系统，其特征在于，所述水下磁收发阵列与交互节点通讯范围在0～
100m
，所述放大信号的磁场强度为
10uT
，通信频率为
100khz
；所述磁收发阵列模块由一个三向线圈和一个天线组成，所述天线一端固定连接在海床上，另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：商志刚，苗柏露，乔钢，孙宗鑫，马璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：