便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輕便式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，它包括海上監(jiān)測浮標，用于在接收并響應第一命令后，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集，并將該水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)并發(fā)送；船載監(jiān)控終端，用于發(fā)送所述第一命令，并接收所述加密數(shù)據(jù)，對所述加密數(shù)據(jù)進行處理分析，生成發(fā)聲物體的狀態(tài)信息并顯示。本發(fā)明的系統(tǒng)，可通過海上監(jiān)測浮標對布放區(qū)域的水下聲音信號進行實時采集，采集的信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至船載監(jiān)控終端，船載監(jiān)控終端實時對采集的信號進行分析處理和顯示，以獲得水下發(fā)聲物體的狀態(tài)信息（例如物體性質(zhì)，方位，距離等），同時對信號采用音頻設(shè)備同步播放，如此，實現(xiàn)水下環(huán)境的實時監(jiān)控，具有實時性好、安全性高、信息量大、通信速度快等特點。
【專利說明】便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海上監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及一種便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是可持續(xù)發(fā)展的寶貴財富，海洋具有經(jīng)濟價值(資源價值)、軍事價值、科研價值和生態(tài)價值等。經(jīng)濟價值主要體現(xiàn)在對海洋資源的利用上，浩渺的海洋里有各種各樣的人類需要的可以利用的資源；海洋更是國防前哨，它的軍事價值在于屯兵、練兵、武器試驗、作戰(zhàn)等，深入了解海洋，有利于戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)法的實施、武器裝備的使用，突然襲擊、隱蔽防御，先敵發(fā)現(xiàn)，先敵攻擊。
[0003]隨著科技的發(fā)展，人類對海洋的探索活動越來越頻繁，手段也越來越多。目前來說，人類對海洋的開發(fā)較之前已有較大發(fā)展進步。然而，由于水下環(huán)境特殊限制，采用船載設(shè)備近距離跟蹤時會因自身噪聲影響監(jiān)測效果，所以在對海洋水下生物、運動物體的跟蹤、定位時，要實現(xiàn)實時監(jiān)控則具有較大難度，尤其是在船只不便于出現(xiàn)的區(qū)域而需要繼續(xù)進行實時監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可以用于復雜海洋環(huán)境下的輕便式遠程遙控實時水聲監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種輕便式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，它包括
海上監(jiān)測浮標，用于在接收并響應第一命令后，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集，并將該水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)并發(fā)送；
船載監(jiān)控終端，用于發(fā)送所述第一命令，并接收所述加密數(shù)據(jù)，對所述加密數(shù)據(jù)進行處理分析，生成水下生物或運動物體的狀態(tài)信息并顯示。
[0006]下面對上述技術(shù)方案作進一步闡述:
進一步的，所述海上監(jiān)測浮標包括
第一無線通信單元，用于接收所述第一命令；
水聲數(shù)據(jù)采集單元，用于響應所述第一命令，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集；
嵌入式計算機，與所述水聲數(shù)據(jù)采集單元及第一通信單元電性連接，用于根據(jù)所述第一命令，控制所述水聲數(shù)據(jù)采集單元采集水聲數(shù)據(jù)，并將所述水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)，再通過所述第一通信單元將所述加密數(shù)據(jù)發(fā)送至所述船載監(jiān)控終端；
供電單元，用于為所述水聲數(shù)據(jù)采集單元、嵌入式計算機及第一無線通信單元供電。
[0007]進一步的，所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標發(fā)送第二命令，所述第一無線通信單元接收第二命令；所述嵌入式計算機響應所述第二命令，對自身狀態(tài)進行自檢，并將自檢后的自檢信息通過所述第一無線通信單元發(fā)送至船載監(jiān)控終端。[0008]進一步的，所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標發(fā)送第三命令，所述第一無線通信單元接收第三命令；所述嵌入式計算機響應所述第三命令，對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。
[0009]進一步的，所述海上監(jiān)測浮標還包括與所述嵌入式計算機電性連接的第一北斗定位接收模塊，用于獲取所述海上監(jiān)測浮標當前位置信息。
[0010]進一步的，所述海上監(jiān)測浮標還包括與所述嵌入式計算機電性連接的存儲單元，用于存儲所述水聲數(shù)據(jù)。
[0011]進一步的，所述船載監(jiān)控終端包括
第二無線通信單元，與所述第一無線通信單元建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，用于發(fā)送控制指令，并接收所述船載監(jiān)控終端回傳的數(shù)據(jù)；
顯控計算機，與所述第二無線通信單元電性連接，用于對所述海上監(jiān)測浮標進行控制，并對所述海上監(jiān)測浮標回傳的數(shù)據(jù)進行分析處理、顯示并將信號通過音頻設(shè)備同步播放。
[0012]進一步的，所述船載監(jiān)控終端還包括與所述顯控計算機電性連接的第二北斗定位接收模塊，用于接收所述船載監(jiān)控終端當前位置信息。
[0013]進一步的，所述第二無線通信單元包括無線網(wǎng)橋及與無線網(wǎng)橋信號連接的雙天線。
[0014]進一步的，所述水聲數(shù)據(jù)采集單元包括水聲接收傳感器及與所述水聲接收傳感器電性連接的信號采集卡，所述信號采集卡與所述嵌入式計算機電性連接。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:其一、本發(fā)明的輕便式遠程遙控實時水聲監(jiān)測系統(tǒng)，可通過海上監(jiān)測浮標對布放區(qū)域的水下聲音信號進行實時采集，采集的信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至船載監(jiān)控終端，船載監(jiān)控終端實時對采集的信號進行分析和顯示，且能將信號通過音頻設(shè)備同步播放，以獲得水下發(fā)聲物體的狀態(tài)信息(例如物體性質(zhì)，方位，距離等)，如此，實現(xiàn)水下環(huán)境的實時監(jiān)控；其二、海上監(jiān)測浮標與船載監(jiān)控終端之間通過無線網(wǎng)橋等建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，該無線網(wǎng)橋采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于802.11協(xié)議，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，同時還加大通信距離和節(jié)省電能，適應電池供電的需要；并利用雙天線分集發(fā)送、接收，提高系統(tǒng)抗多徑干擾能力；其三、海上監(jiān)測浮標的嵌入式計算機對采集的水聲數(shù)據(jù)進行了壓縮及加密處理，確保了采集數(shù)據(jù)的大容量性和安全性；其四、船載監(jiān)控終端同樣采用雙天線分集接收、發(fā)送方式，具有實時性好、安全性高、信息量大、通信速度快等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例系統(tǒng)的工作狀態(tài)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例系統(tǒng)中海上監(jiān)測浮標的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例系統(tǒng)中船載監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:海上監(jiān)測浮標100 ；船體300 ；水聲接收傳感器101 ；信號采集卡102 ；嵌入式計算機103;第一無線通信單元104;供電單元105;第一北斗定位接收模塊106 ;存儲單元107 ；顯控計算機201 ；第二無線通信單元202 ；第二北斗定位接收模塊203。
[0017]本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】[0018]以下將結(jié)合附圖及具體實施例詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以便更清楚、直觀地理解本發(fā)明的發(fā)明實質(zhì)。
[0019]參照圖1所示，本實施例提供了一種輕便式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，它包括海上監(jiān)測浮標100及船載監(jiān)控終端，其中，海上監(jiān)測浮標100布置于水中，用于在接收并響應第一命令后,對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集,并將該水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)并發(fā)送；船載監(jiān)控終端設(shè)置于船體300上，用于發(fā)送所述第一命令，并接收所述加密數(shù)據(jù)，對所述加密數(shù)據(jù)進行處理分析，顯示，同時將其通過音頻設(shè)備播放。
[0020]本實施例的輕便式遠程遙控實時水聲監(jiān)測系統(tǒng)，通過海上監(jiān)測浮標100對布放區(qū)域的水下聲音信號進行實時采集，采集的信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至船載監(jiān)控終端，船載監(jiān)控終端實時對采集的信號進行分析和顯示、音頻播放，以獲得水下發(fā)聲物體的狀態(tài)信息(例如物體性質(zhì)，方位，距離等)，如此，實現(xiàn)水下環(huán)境的實時監(jiān)控。
[0021]具體的，本實施例中，所述海上監(jiān)測浮標100包括第一無線通信單元104、水聲數(shù)據(jù)采集單元、嵌入式計算機103及供電單元105，其中，第一無線通信單元104用于接收船載監(jiān)控終端發(fā)送的所述第一命令，該第一命令即為浮標開始監(jiān)測命令；水聲數(shù)據(jù)采集單元用于響應所述第一命令，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集；嵌入式計算機103與所述水聲數(shù)據(jù)采集單元及第一通信單元電性連接，用于根據(jù)所述第一命令，控制所述水聲數(shù)據(jù)采集單元采集水聲數(shù)據(jù)，并將所述水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)，再通過所述第一通信單元將所述加密數(shù)據(jù)發(fā)送至所述船載監(jiān)控終端；供電單元105用于為所述水聲數(shù)據(jù)采集單元、嵌入式計算機103及第一無線通信單元104供電。
[0022]船載監(jiān)控終端對接收所述加密數(shù)據(jù)進行處理分析，包括信號時域分析、信號頻譜分析、倍頻程分析、小波信號分析等，處理分析完成后，對對應的數(shù)據(jù)等進行顯示、音頻播放，例如:浮標監(jiān)測信號的時域圖顯示、信號頻譜分析顯示、倍頻程分析顯示、小波信號分析顯不等。
[0023]進一步的，所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標100發(fā)送第二命令，該第二命令即為浮標自檢命令，自檢項目包括電池電量、浮標是否漏水等，所述第一無線通信單元104接收第二命令；所述嵌入式計算機103響應所述第二命令，對所述船載監(jiān)控終端的自身狀態(tài)進行自檢，并將自檢后的自檢信息通過所述第一無線通信單元104發(fā)送至船載監(jiān)控終端，通過船載監(jiān)控終端顯示相關(guān)信息，例如浮標電量顯示、浮標漏水報警顯示等等。
[0024]作為優(yōu)選的，本實施例中，水聲數(shù)據(jù)采集單元包括水聲接收傳感器101及與所述水聲接收傳感器101電性連接的信號采集卡102，所述信號采集卡102與所述嵌入式計算機103電性連接，通過該水聲接收傳感器101與信號采集卡102實時采集浮標布放一定區(qū)域的水下水聲數(shù)據(jù)(聲音信號)。
[0025]更進一步的，所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標100發(fā)送第三命令，所述第一無線通信單元104接收第三命令，該第三命令即為浮標測量參數(shù)設(shè)置命令；所述嵌入式計算機103響應所述第三命令，對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。例如當接收到的第三命令時，對采樣卡的采樣率進行設(shè)置。
[0026]本實施例中，海上監(jiān)測浮標100還包括與所述嵌入式計算機103電性連接的第一北斗定位接收模塊106及存儲單元107，第一北斗定位接收模塊106用于獲取所述海上監(jiān)測浮標100當前位置信息，該位置信息也通過第一無線通信單元104發(fā)送至船載監(jiān)控終端，通過船載監(jiān)控終端進行顯示；而存儲單元107用于存儲所述水聲數(shù)據(jù)，在水聲數(shù)據(jù)采集單元采集水聲數(shù)據(jù)后，嵌入式計算機103即對所述水聲數(shù)據(jù)進行存儲、壓縮加密，并發(fā)送至船載監(jiān)控終端。
[0027]船載監(jiān)控終端包括顯控計算機201及與顯控計算機201電性連接的第二無線通信單元202，第二無線通信單元202與所述第一無線通信單元104建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)船載監(jiān)控終端與海上監(jiān)測浮標100的無線通信，該第二無線通信單元202用于發(fā)送上述第一命令、第二命令及第三命令的控制指令，并接收所述船載監(jiān)控終端回傳的數(shù)據(jù)，例如水聲數(shù)據(jù)，自檢信息等等；顯控計算機201用于對所述海上監(jiān)測浮標100進行控制，即通過上述控制指令控制海上監(jiān)測浮標100的數(shù)據(jù)采集、自檢、參數(shù)設(shè)置等，并對所述海上監(jiān)測浮標100回傳的數(shù)據(jù)進行分析處理并顯示、音頻播放。
[0028]船載監(jiān)控終端還包括與所述顯控計算機201電性連接的第二北斗定位接收模塊203，用于接收所述第一北斗定位接收模塊106發(fā)送的所述海上監(jiān)測浮標100當前位置信息，通過顯控計算機201進行顯示，以便于船上監(jiān)控人員實時掌握海上監(jiān)測浮標100的位置信息。
[0029]上述船載監(jiān)控終端與海上監(jiān)測浮標100之間的通信傳輸?shù)母鱾€數(shù)據(jù)(水聲數(shù)據(jù)、位置信息、自檢信息等)采用數(shù)據(jù)包形式在源節(jié)點與目的節(jié)點之間傳輸，數(shù)據(jù)包包括楨頭、幀類型及補碼、數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)壓縮和加密處理。目的節(jié)點根據(jù)傳遞的楨頭、幀類型及補碼判斷傳輸數(shù)據(jù)類型，再根據(jù)數(shù)據(jù)類型對數(shù)據(jù)段進行解碼。數(shù)據(jù)段采用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是ADPCM數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、采用加密技術(shù)是BL0WFISH數(shù)據(jù)加密技術(shù)，系統(tǒng)在通信過程中數(shù)據(jù)傳輸容量大、且傳輸安全，確保不被第三方接收識別。
[0030]為了實現(xiàn)信號傳輸過程中的實時性好、安全性高、信息量大、通信速度快，本實施例中，第一無線通信單元104及第二無線通信單元202均包括無線網(wǎng)橋及與無線網(wǎng)橋信號連接的雙天線。即本實施例在無線電通信上使用了 2.4G微波無線網(wǎng)橋，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于802.11協(xié)議，并且在數(shù)據(jù)傳輸上在始端和末端都采用了高速不丟點采樣技術(shù)、高速通信技術(shù)。具體實現(xiàn)方法如下:
高速不丟點采樣技術(shù):在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集由水聲接收傳感器101和信號采集卡102完成，信號采集卡102與嵌入式計算機103之間采用雙口 RAM存儲器對采集數(shù)據(jù)進行緩存。
[0031]高速通信技術(shù):在本系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的一點就是必須保證所采集到的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的傳送到船載監(jiān)控終端的顯控計算機201，為此，必須采取一系列的措施來保證通信質(zhì)量，主要有以下幾個方面:
(I)采用2.4GHz微波通信無線網(wǎng)橋，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，同時為了加大通信距離和節(jié)省電能，適應電池供電的需要，無線網(wǎng)橋滿足802.1Ib協(xié)議，支持2Mbps?IIMbps范圍內(nèi)的四種動態(tài)速率，13個傳輸信道。
[0032](2)無線分集發(fā)射、接收技術(shù)
在空間不同的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個強信號，這種方式稱為空間分集接收?？臻g分集接收是利用多副接收天線來實現(xiàn)的。在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副天線接收。當某一副接收天線的輸出信號很低時，其它接收天線的輸出則不一定在這同一時刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0033] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種輕便式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:它包括 海上監(jiān)測浮標，用于在接收并響應第一命令后，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集，并將該水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)并發(fā)送； 船載監(jiān)控終端，用于發(fā)送所述第一命令，并接收所述加密數(shù)據(jù)，對所述加密數(shù)據(jù)進行處理分析，生成水下生物或運動物體的狀態(tài)信息并顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述海上監(jiān)測浮標包括 第一無線通信單元，用于接收所述第一命令； 水聲數(shù)據(jù)采集單元，用于響應所述第一命令，對水下水聲數(shù)據(jù)進行采集； 嵌入式計算機，與所述水聲數(shù)據(jù)采集單元及第一通信單元電性連接，用于根據(jù)所述第一命令，控制所述水聲數(shù)據(jù)采集單元采集水聲數(shù)據(jù)，并將所述水聲數(shù)據(jù)壓縮加密形成加密數(shù)據(jù)，再通過所述第一通信單元將所述加密數(shù)據(jù)發(fā)送至所述船載監(jiān)控終端； 供電單元，用于為所述水聲數(shù)據(jù)采集單元、嵌入式計算機及第一無線通信單元供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標發(fā)送第二命令，所述第一無線通信單元接收第二命令；所述嵌入式計算機響應所述第二命令，對自身狀態(tài)進行自檢，并將自檢后的自檢信息通過所述第一無線通信單元發(fā)送至船載監(jiān)控終端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述船載監(jiān)控終端還用于向所述海上監(jiān)測浮標發(fā)送第三命令，所述第一無線通信單元接收第三命令；所述嵌入式計算機響應所述第三命令，對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述海上監(jiān)測浮標還包括與所述嵌入式計算機電性連接的第一北斗定位接收模塊，用于獲取所述海上監(jiān)測浮標當前位置信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述海上監(jiān)測浮標還包括與所述嵌入式計算機電性連接的存儲單元，用于存儲所述水聲數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述船載監(jiān)控終端包括 第二無線通信單元，與所述第一無線通信單元建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，用于發(fā)送控制指令，并接收所述船載監(jiān)控終端回傳的數(shù)據(jù)； 顯控計算機，與所述第二無線通信單元電性連接，用于對所述海上監(jiān)測浮標進行控制，并對所述海上監(jiān)測浮標回傳的數(shù)據(jù)進行分析處理、顯示并將信號通過音頻設(shè)備同步播放。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述船載監(jiān)控終端還包括與所述顯控計算機電性連接的第二北斗定位接收模塊，用于接收所述船載監(jiān)控終端當前位置信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述第二無線通信單元包括無線網(wǎng)橋及與無線網(wǎng)橋信號連接的雙天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式海上遠程遙控實時水聲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述水聲數(shù)據(jù)采集單元包括水 聲接收傳感器及與所述水聲接收傳感器電性連接的信號采集卡，所述信號采集卡與所述嵌入式計算機電性連接。
【文檔編號】G05B19/418GK103901859SQ201410132286
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】孫向前, 張俊, 徐國貴, 林開泉, 張永超, 李帥, 曹岳海, 彭水, 朱元林 申請人:中國人民解放軍91388部隊