[发明专利]一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统及方法

权利要求书

1.一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，它包括以下装置：

发送节点将“距离估计请求”数据包以声呐信号的形式发送至接收节点的单元；

发送节点利用基于时间戳的精密计时装置采集发送节点发送“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T₀的单元；

接收节点利用基于时间戳的精密计时装置采集接收节点接收“距离估计请求”数据包的时间数据戳信息T₁的单元；

接收节点判断所接收到的信号是否为“距离估计请求”数据包的单元；

接收节点将含有时间数据戳信息T₁的“回复”数据包以声呐信号的形式发送至发送节点的单元；

接收节点利用基于时间戳的精密计时装置采集接收节点发送“回复”数据包的时间数据戳信息T₂的单元；

发送节点利用基于时间戳的精密计时装置采集发送节点接收“回复”数据包的时间数据戳信息T₃的单元；

接收节点将含有时间数据戳信息T₂的“跟随”数据包以声呐信号的形式发送至发送节点的单元；

发送节点利用时间数据戳信息T₀、时间数据戳信息T₁、时间数据戳信息T₂、时间数据戳信息T₃和水下声呐的传输速度v，获得发送节点和接收节点间的距离d的单元；

所述基于时间戳的精密计时装置包括：

微控制器(1)和FPGA(2)，所述微控制器(1)与FPGA(2)之间通过MII接口连接，所述的微控制器(1)包括声呐传输物理层(1-1)、介质访问层(1-2)、网络层(1-3)、传输层(1-4)和应用层(1-5)，所述声呐传输物理层(1-1)与介质访问层(1-2)之间设置有MII接口，所述的FPGA(2)内嵌入有固件实现的配置&控制模块(2-1)、信号捕捉单元(2-2)、精密计时单元(2-3)和高频率时钟源(2-4)；

所述的声呐传输物理层(1-1)：用于发送或接收声呐信号，并将该声呐信号对应的电信号通过MII接口发送给信号捕捉单元(2-2)；

应用层(1-5)：用于向配置&控制模块(2-1)发送配置命令和控制信息，该配置命令和控制信息用于对信号捕捉单元(2-2)和精密计时单元(2-3)进行初始化、清零和使能操作；接收配置&控制模块(2-1)发来的时间戳信息，并对该时间戳信息进行存储和索引，对不同的时间戳进行相减运算，以得到两个时间戳之间的时间长度；

高频率时钟源(2-4)：用于为信号捕捉单元(2-2)和精密计时单元(2-3)持续提供1GHz或更高频率的时钟信号；

信号捕捉单元(2-2)：用于在时钟信号的驱动下，捕捉MII接口发来的信号的起始位，并向精密计时单元(2-3)发送捕捉指示信号；

精密计时单元(2-3)：用于在时钟信号的驱动下，进行计时，并在接收到捕捉指示信号后，将当前精密计时的结果暂存并形成时间戳信息，并将该时间戳信息发送给配置&控制模块(2-1)；

配置&控制模块(2-1)：用于将接收到的时间戳信息发送给应用层(1-5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，利用下式获得发送节点和接收节点间的距离d：

d＝v*[(T₃-T₀)-(T₂-T₁)]/2。

3.根据权利要求2所述的一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，水下声呐的传输速度v为1531m/s。

4.根据权利要求1所述的一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，所述的微控制器(1)采用单片机实现。

5.根据权利要求1所述的一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，所述的微控制器(1)采用ARM实现。

6.根据权利要求1所述的一种基于水下声呐信号传输的异步精密静态距离估计系统，其特征在于，所述的微控制器(1)采用ARM9实现。