[发明专利]含有水声通讯采水控制器的水声载波通讯系统及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有水声通讯采水控制器的水声载波通讯系统及其应用方法。 

背景技术

现有的声控通讯控制器中大多采用超声波载波通讯，载波方法可采用FSK、PSK、QPSK、ASK等，受超声波收发换能器特性影响，载波频率多在20kHz～120kHz之间。由于载波频率太低无法使用现有的无线通信专用调制解调芯片处理信号，只能用多片电路及分立元件搭制。使得水声通讯的设计和制造成本很高。 

水声通讯与空中无线电通讯相比有几大特点，一是频率越高的声波在水中衰减越快，表现为对数特性，即有：声波在水中的衰减率为-20LOG(S/S₀)，其中S为通讯距离，S₀＝1米；二是噪声和回波对接收信号影响较大；三是发射收发换能器会产生较大的余振。正常发射波形如图2所示。以下简称水声噪声、回波和余振为杂波。 

考虑到衰减因素和收发换能器接收灵敏度的影响，当采水深度达到100米时，需要前置放大器的放大倍数至少达到60dB左右，才能有效的传输信号。如果采用固定放大倍率，在浅水水域通讯时，如图3所示，不仅有用信号被放大到削顶失真，杂波也被放大到与有用信号同等水平，仅靠选频滤波和设置信号门限无法完全消除这些杂波，给有用信号识别造成了很多困难，很容易产生误码。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述问题，提出一种可降低杂波影响、限制这些无用信号、以达到降低水声载波通讯误码率的含有水声通讯采水控制器的水声载波通讯系统及其应用方法。 

本发明的一个技术方案： 

一种用于水声通讯的采水控制器，发出脉宽调制信号和通讯信号的单片机通过发射驱动器与变压器相连，所述发射驱动器将脉宽调制信号和通讯信号合成载波通讯信号；前置放大器依次与程控放大器、带通滤波器、低通滤波器及门限比较器相连；所述变压器的输出端分别与超声波收发换能器的输入端、前置放大器的输入端相连，所述门限比较器的输出端与所  述单片机的输入端相连，所述单片机的输入/输出端与所述程控放大器的控制端相连。 

所述发射驱动器包括信号调制电路和功率驱动电路，脉宽调制信号和通讯信号经所述信号调制电路合成载波通讯信号后，通过功率驱动电路输出到所述变压器。 

所述微处理单元的外围电路包括由晶体振荡器和电容构成的时钟电路。 

本发明的另一个技术方案： 

一种水面通讯控制器，发出脉宽调制信号和通讯信号的单片机通过发射驱动器与变压器相连，所述发射驱动器将脉宽调制信号和通讯信号合成载波通讯信号；前置放大器依次与程控放大器、带通滤波器、低通滤波器及门限比较器相连；所述变压器的输出端分别与水面超声波收发换能器的输入端、前置放大器的输入端相连，所述门限比较器的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输入/输出端与所述程控放大器的控制端相连，所述单片机的输入/输出端通过外设驱动器与显示器和键盘相连。 

一种水下通讯控制器，发出脉宽调制信号和通讯信号的单片机通过发射驱动器与变压器相连，所述发射驱动器将脉宽调制信号和通讯信号合成载波通讯信号；前置放大器依次通程控放大器、带通滤波器、低通滤波器与门限比较器相连；所述变压器的输出端分别与水下超声波收发换能器的输入端和所述前置放大器的输入端相连，所述门限比较器的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输入/输出端与所述程控放大器的控制端相连，所述单片机的模数转换端分别与水深传感器和流速仪相连。 

进一步，本发明的技术方案： 

一种水声载波通讯系统，包括上述水面通讯控制器和上述水下通讯控制器。 

所述水面超声波收发换能器和水下超声波收发换能器的指向角均为30°～60°。 

所述程控放大器的放大倍数为1～1000倍。 

再进一步，本发明的技术方案： 

一种水声载波通讯系统的应用方法，水下通讯控制器通过采集和处理水深传感器和流速仪的数据，计算出水面收发换能器和水下收发换能器之间的距离，并据此调节程控放大器的放大倍数，使得接收信号的幅值高于门限比较器的门限电压且不超过额定幅值。 

所述水面通讯控制器和所述水下通讯控制器均采用半双工工作模式。 

本发明的有益效果：