基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，它包括船載基站、中繼站、近處水聲浮標(biāo)陣及遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣；所述近處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述船載基站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)；所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述中繼站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)，所述中繼站通過(guò)一微波傳輸系統(tǒng)與所述船載基站連接形成微波傳輸網(wǎng)。還涉及方法，本發(fā)明的通信系統(tǒng)及方法，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便，可以根據(jù)實(shí)際需要增加浮標(biāo)的數(shù)量，同時(shí)，借助微波傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船載基站與浮標(biāo)的遠(yuǎn)距離通信，可多區(qū)域同時(shí)跟蹤；此外，設(shè)備維護(hù)方便，通信可靠性高，可以保證系統(tǒng)對(duì)水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。
【專利說(shuō)明】基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下目標(biāo)定位跟蹤技術(shù)和無(wú)線電通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于水 下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水下目標(biāo)定位跟蹤技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種水下目標(biāo)的定位和跟蹤，以及水聲對(duì)抗 領(lǐng)域?，F(xiàn)有的水下目標(biāo)定位跟蹤通信系統(tǒng)，由一個(gè)基站加若干個(gè)浮標(biāo)組成簡(jiǎn)單的無(wú)線通信 網(wǎng)，使用自己內(nèi)部的通信協(xié)議，而不是通用的TCP/IP通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少，擴(kuò)展不方便， 導(dǎo)致定位跟蹤的水下目標(biāo)有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于水下目標(biāo)定 位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，它包括船載基站、中繼站、近處水聲浮標(biāo)陣及遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣；
所述近處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述船載基站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)；
所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述中繼站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)，所述中繼站通 過(guò)一微波傳輸系統(tǒng)與所述船載基站連接形成微波傳輸網(wǎng)。
[0005]優(yōu)選的，所述近處水聲浮標(biāo)陣/遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣由至少四個(gè)浮標(biāo)組成。
[0006]優(yōu)選的，所述近處水聲浮標(biāo)陣與所述船載基站之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接，所述遠(yuǎn)處 水聲浮標(biāo)陣與所述中繼站之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接，所述無(wú)線網(wǎng)橋上的通信接口為網(wǎng)口。
[0007]優(yōu)選的，所述無(wú)線局域網(wǎng)執(zhí)行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1lb標(biāo)準(zhǔn)，所述微波傳 輸網(wǎng)執(zhí)行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。
[0008]一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方法，包括以下步驟:
處于同一網(wǎng)段的浮標(biāo)與船載基站/中繼站建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，處于不同網(wǎng)段的中繼站 與船載基站通過(guò)微波傳輸系統(tǒng)建立微波傳輸網(wǎng)絡(luò)連接；
船載基站根據(jù)IP地址與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行通信，向?qū)?yīng)的浮標(biāo)下發(fā)幀命令；
浮標(biāo)接收所述幀命令，根據(jù)幀命令中“幀類型和補(bǔ)碼”判斷該幀命令的用途，然后執(zhí)行 所述幀命令；
浮標(biāo)根據(jù)IP地址向所述船載基站回傳反饋信息。
[0009]進(jìn)一步的，所述船載基站根據(jù)IP地址與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行通信，向?qū)?yīng)的浮標(biāo)下發(fā) 幀命令具體包括步驟:
判斷當(dāng)前幀命令中的IP地址與船載基站是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；
若是，則判斷為船載基站與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)可以直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，船載基站直 接將幀命令發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)；
若不是，則判斷為船載基站需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)通信，船載基站先將幀命令發(fā)送至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該幀命令轉(zhuǎn)發(fā)至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)。
[0010]進(jìn)一步的，所述浮標(biāo)向所述船載基站回傳反饋信息具體包括步驟:
判斷當(dāng)前反饋信息中的IP地址與浮標(biāo)是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；
若是，則判斷為浮標(biāo)與對(duì)應(yīng)的船載基站直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，浮標(biāo)直接將反饋 信息發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)的船載基站；
若不是，則判斷為浮標(biāo)需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的船載基站通信，浮標(biāo)先將反饋信 息發(fā)送至同一網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段內(nèi)的船載基站。
[0011]進(jìn)一步的，所述船載基站以分時(shí)的方式和各個(gè)浮標(biāo)通信，時(shí)隙由船載基站進(jìn)行分 配，每次船載基站只與其中一個(gè)浮標(biāo)進(jìn)行通信。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:其一、本發(fā)明的通信系統(tǒng)及方法，由浮標(biāo)、中繼站和船載基 站組成一個(gè)多元的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便，可以根據(jù)實(shí)際需要增加浮標(biāo)的數(shù)量， 這樣定位和跟蹤的水下目標(biāo)的范圍就可以顯著增加，實(shí)現(xiàn)大范圍多個(gè)水下目標(biāo)的跟蹤；其 二、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)微波傳輸系統(tǒng)可以允許浮標(biāo)與船載基站距離很遠(yuǎn)，即借助微波傳輸系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)船載基站與浮標(biāo)的遠(yuǎn)距離通信，可多區(qū)域同時(shí)跟蹤；其三、該通信系統(tǒng)及方法除了實(shí)現(xiàn) 船載基站與浮標(biāo)的通信，還實(shí)現(xiàn)了船載基站對(duì)浮標(biāo)的遙控，船載基站對(duì)整個(gè)水下目標(biāo)定位 跟蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)可以進(jìn)行控制，同時(shí)可以順利從浮標(biāo)上得到探測(cè)數(shù)據(jù)回傳至基站。此 外，設(shè)備維護(hù)方便，通信可靠性高，可以保證系統(tǒng)對(duì)水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例的系統(tǒng)框圖 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例的通信原理圖；
圖3是本發(fā)明方法的流程圖；
圖4是浮標(biāo)接收幀命令判定幀類型的流程圖；
圖5是應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行水下航行器定位跟蹤的效果圖；
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)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(shí)質(zhì)。
[0015]參照?qǐng)D1至圖2所示，本實(shí)施例提供了一種基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通 信系統(tǒng)，它包括船載基站10、中繼站30、近處水聲浮標(biāo)陣及遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣；每個(gè)近處水聲 浮標(biāo)陣/遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣由至少四個(gè)浮標(biāo)20組成。所述近處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所 述船載基站10連接形成無(wú)線局域網(wǎng)；所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述中繼站30 連接形成無(wú)線局域網(wǎng)，所述中繼站30通過(guò)一微波傳輸系統(tǒng)40與所述船載基站10連接形成 微波傳輸網(wǎng)。
[0016]具體的，該系統(tǒng)是基于TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的，近處水聲浮標(biāo)陣與所述船載 基站10之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接，所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣與所述中繼站30之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋 連接，無(wú)論是無(wú)線網(wǎng)橋，還是微波傳輸系統(tǒng)40，其提供的通信接口均為網(wǎng)口。本系統(tǒng)中，船載 基站10和中繼站30相當(dāng)于服務(wù)器，浮標(biāo)20相當(dāng)于客戶端。通信分為上行和下行，船載基站10至浮標(biāo)20的通信為下行，浮標(biāo)20至船載基站10的通信為上行，上下行通信采用一樣 的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。
[0017]船載基站10和浮標(biāo)20組成一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，中繼站30和浮標(biāo)20組成的若干個(gè) 無(wú)線局域網(wǎng)，以及微波傳輸系統(tǒng)40、船載基站10和中繼站30構(gòu)成的微波傳輸網(wǎng)。無(wú)線局域 網(wǎng)執(zhí)行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1lb標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行放大，所述微波傳輸網(wǎng)執(zhí) 行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。
[0018]上述無(wú)線局域網(wǎng)以中繼站30或者船載基站10為中心進(jìn)行組網(wǎng)。微波傳輸系統(tǒng)40 以分布式方式組網(wǎng)，可以滿足全工作區(qū)域內(nèi)的通信覆蓋，系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 與周圍節(jié)點(diǎn)形成多條鏈路，并且可以選擇其中一條鏈路來(lái)傳輸本節(jié)點(diǎn)或其他節(jié)點(diǎn)的信息。 微波傳輸系統(tǒng)40相鄰節(jié)點(diǎn)均可進(jìn)行業(yè)務(wù)交換，每個(gè)業(yè)務(wù)也可通過(guò)其它節(jié)點(diǎn)路由到達(dá)目地 站點(diǎn)。船載基站10和所有中繼站30的通信采用上述微波傳輸系統(tǒng)40進(jìn)行。在該通信中， 微波傳輸系統(tǒng)40提供網(wǎng)口供中繼站30和船載基站10接入，微波傳輸系統(tǒng)40自帶有路由 器，采用AODV按需路由方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，中繼站30和船載基站10可以處于不同的IP網(wǎng) 段，經(jīng)過(guò)一級(jí)中繼后浮標(biāo)20與基站的通信距離可以達(dá)到40公里。
[0019]船載基站10、中繼站30和浮標(biāo)20上裝有GPS定位裝置，它們之間的距離可以通過(guò) GPS來(lái)確定。船載基站10、中繼站30和浮標(biāo)20上配備無(wú)線網(wǎng)橋和天線，它們之間可以進(jìn)行 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，經(jīng)過(guò)功率放大后它們之間的有效通信距離可以達(dá)到8千米。因此，對(duì)于通信 距離小于8千米的浮標(biāo)20，即為近處水聲浮標(biāo)20陣中的浮標(biāo)20，船載基站10可以直接和 該浮標(biāo)20進(jìn)行通信。對(duì)于通信距離超過(guò)8千米的浮標(biāo)20，即為遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)20陣中的浮 標(biāo)20，船載基站10與該浮標(biāo)20的通信則必須經(jīng)過(guò)中繼站30，借助微波傳輸系統(tǒng)40實(shí)現(xiàn)。
[0020]參照?qǐng)D3所示，本實(shí)施例提供了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方 法，該通信方法基于TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，分為上行和下行通信，船載基站至浮標(biāo)的通信稱為 下行通信，浮標(biāo)至船載基站的通信稱為上行通信。船載基站和浮標(biāo)既可以直接進(jìn)行通信，也 可以經(jīng)過(guò)中繼站進(jìn)行通信，以哪種途徑進(jìn)行通信由通信距離和組網(wǎng)方式?jīng)Q定。在浮標(biāo)布放 前，根據(jù)通信距離和組網(wǎng)方式提前設(shè)定好船載基站、中繼站和浮標(biāo)的IP地址，這樣系統(tǒng)就 可以根據(jù)IP地址確定通信的路由，船載基站、浮標(biāo)和各個(gè)中繼站都有唯一的IP地址。浮標(biāo) 與船載基站距離較近時(shí)，可直接進(jìn)行通信，通信的方式為浮標(biāo)無(wú)線電通信，此時(shí)船載基站作 為服務(wù)器，浮標(biāo)作為客戶端，浮標(biāo)與船載基站處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)船載基站與浮標(biāo)一對(duì) 多的通信。浮標(biāo)與船載基站距離較遠(yuǎn)時(shí)，通過(guò)中繼站進(jìn)行通信，通信的方式為浮標(biāo)與中繼站 的無(wú)線電通信，船載基站與中繼站的微波通信，此時(shí)中繼站與船載基站都為服務(wù)器，浮標(biāo)為 客戶端，浮標(biāo)與船載基站處于不同的網(wǎng)段，而是與中繼站在一個(gè)網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)船載基站與浮標(biāo) 的跨網(wǎng)段無(wú)線通信。這里的微波通信借助一套微波傳輸系統(tǒng)進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一級(jí)中繼后的有效 通信距離可以達(dá)到40千米，微波傳輸系統(tǒng)可以很方便地接入網(wǎng)口，中繼站與船載基站可以 處于不同的網(wǎng)段。
[0021]該通信方法包括以下步驟:
S10、處于同一網(wǎng)段的浮標(biāo)與船載基站/中繼站建立連接，處于不同網(wǎng)段的中繼站與船 載基站通過(guò)微波傳輸系統(tǒng)建立連接；
該步驟中，位于同一網(wǎng)段浮標(biāo)與船載基站可以直接進(jìn)行通信，位于不同網(wǎng)段的浮標(biāo)和 船載基站則需要通過(guò)中繼站才能進(jìn)行通信。[0022]S20、船載基站根據(jù)IP地址與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行通信，向?qū)?yīng)的浮標(biāo)下發(fā)幀命令，即下行通信；該步驟具體包括:
首先，判斷當(dāng)前幀命令中的IP地址與船載基站是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；
若是，則判斷為船載基站與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)可以直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，然后，船載基站直接將幀命令發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)；
若不是，則判斷為船載基站需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)通信，然后，船載基站先將幀命令發(fā)送至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該幀命令轉(zhuǎn)發(fā)至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)。
[0023]S30、浮標(biāo)接收所述幀命令，根據(jù)幀命令中“幀類型和補(bǔ)碼”判斷該幀命令的用途， 然后執(zhí)行所述幀命令。例如圖4:浮標(biāo)收到一幀命令時(shí)，根據(jù)接收幀的“幀類型和補(bǔ)碼”，對(duì)照幀類型定義，確定命令的用途，如“幀類型和補(bǔ)碼”為十六進(jìn)制數(shù)FEOlH時(shí)，表示該命令是要進(jìn)行系統(tǒng)初始化，浮標(biāo)執(zhí)行“系統(tǒng)初始化”的命令。
[0024]S40、浮標(biāo)根據(jù)IP地址向所述船載基站回傳反饋信息，該反饋信息可以包含數(shù)據(jù)也可以不包含數(shù)據(jù)。即上行通信，該步驟和下行通信類似，具體包括:
首先，判斷當(dāng)前反饋信息中的IP地址與浮標(biāo)是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；
若是，則判斷為浮標(biāo)與對(duì)應(yīng)的船載基站直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，然后，浮標(biāo)直接將反饋信息發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)的船載基站；
若不是，則判斷為浮標(biāo)需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的船載基站通信，然后，浮標(biāo)先將反饋信息發(fā)送至同一網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段內(nèi)的船載基站。
[0025]由于本通信方法是一個(gè)多用戶通信方法，每個(gè)局域網(wǎng)以中繼站或者船載基站為中心，眾多節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，通信方式為一對(duì)多的通信，如果不采取措施各信道之間會(huì)產(chǎn)生干擾，因此上述無(wú)線局域網(wǎng)的通信就涉及到一個(gè)多址接入的問(wèn)題。目前常用的多址接入方式有`頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址三種方式。本通信方法采用時(shí)分多址的方式實(shí)現(xiàn)基站與浮標(biāo)一對(duì)多的通信。時(shí)分多址就是船載基站和所有的浮標(biāo)使用相同的頻段和擴(kuò)頻碼，船載基站以分時(shí)的方式和各個(gè)浮標(biāo)通信，時(shí)隙由基站進(jìn)行分配，每次船載基站只與其中一個(gè)浮標(biāo)進(jìn)行通信。
[0026]在本水下目標(biāo)定位跟蹤通信中，船載基站可以對(duì)浮標(biāo)的工作狀態(tài)進(jìn)行遙控，浮標(biāo)在收到船載基站的遙控命令后可以更改浮標(biāo)的工作狀態(tài)以及各種參數(shù)。在該通信模式中， 船載基站既是顯控端又是通信服務(wù)器，浮標(biāo)為受控端和客戶端。為了確保水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)各通信節(jié)點(diǎn)通信的有效性和可靠性，系統(tǒng)需要對(duì)收發(fā)端數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的內(nèi)容提前進(jìn)行約定，約定的內(nèi)容包括用于識(shí)別的幀頭、地址段、該幀的用途和所包含的數(shù)據(jù)，水下目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表1所示:
表1水下目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
段名幀頭地址段幀類型及補(bǔ)碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)段內(nèi)容D22DIP地址IDIDCMDLDATE長(zhǎng)度(字)22IIN
表1中水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，由幀頭、地址段、幀類型及補(bǔ)碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)段構(gòu)成。幀頭是一個(gè)特殊的起始字D22D(十六進(jìn)制，其中2D為 D2的補(bǔ)碼)，長(zhǎng)度為一個(gè)字(一個(gè)字為兩個(gè)字節(jié)，大小為16bit)。船載基站根據(jù)浮標(biāo)的IP地址和浮標(biāo)進(jìn)行通信，每一個(gè)浮標(biāo)都有唯一的IP地址，浮標(biāo)的IP地址事先進(jìn)行分配。分配的原則為:與船載基站處在同一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)的浮標(biāo)，其IP地址與船載基站的IP地址處在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；同樣，浮標(biāo)如果處在由某個(gè)中繼站組成的無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)，則浮標(biāo)的IP地址與該中繼站的IP地址處在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；每個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段不一樣，即船載基站、各個(gè)中繼站處于不同網(wǎng)段。因此，需不需要經(jīng)過(guò)中繼站，經(jīng)過(guò)哪一個(gè)中繼站從浮標(biāo)的IP地址可以判斷出。“幀類型及補(bǔ)碼”用來(lái)確定該幀的用途，“幀類型及補(bǔ)碼”和命令是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同的“幀類型及補(bǔ)碼”對(duì)應(yīng)著不同的命令，水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其通信協(xié)議的主要命令為:
系統(tǒng)初始化:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “FE01H” (FE為01的補(bǔ)碼，下同)。該命令主要完成以下功能:命令浮標(biāo)從值班狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)，浮標(biāo)向船載基站回傳GPS坐標(biāo)值，測(cè)試浮標(biāo)是否能與船載基站進(jìn)行正常通信。
[0027]設(shè)置幀同步及工作模式:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “FD02H”。該命令是向所有的節(jié)點(diǎn)傳送系統(tǒng)的同步周期、同步時(shí)刻等系統(tǒng)同步所必需的信息，以及通知浮標(biāo)是否內(nèi)記、 是否鎖存原始數(shù)據(jù)。
[0028]輪詢:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “FC03H”。船載基站按照各節(jié)點(diǎn)是否還有待傳數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)浮標(biāo)進(jìn)行詢問(wèn)，如果還有待傳數(shù)據(jù)則命令各個(gè)節(jié)點(diǎn)向船載基站回傳水聲數(shù)據(jù)。 浮標(biāo)每次回傳一個(gè)周期數(shù)據(jù)，若還有待傳數(shù)據(jù)或船載基站未正確接收該幀數(shù)據(jù)，則船載基站在對(duì)所有浮標(biāo)輪詢一遍且距本同步周期結(jié)束還有一定時(shí)間時(shí)，再次詢問(wèn)此浮標(biāo)。
[0029]浮標(biāo)自檢:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “FB04H”。該命令通知浮標(biāo)進(jìn)行外設(shè)的自檢，主要包括浮標(biāo)聲學(xué)板工作狀態(tài)、GPS導(dǎo)航模式、通信板FLASH當(dāng)前頁(yè)指針及偏移量、電池狀態(tài)及漏水報(bào)警等。浮標(biāo)把檢測(cè)結(jié)果以實(shí)時(shí)聲學(xué)數(shù)據(jù)形式送至通信板，通信板提取聲學(xué)板背景噪聲和時(shí)延估計(jì)結(jié)果，與其它自檢結(jié)果一起傳給船載基站。
[0030]設(shè)置聲學(xué)參數(shù):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “FA05H”。該命令將設(shè)置浮標(biāo)聲學(xué)板的部分聲學(xué)參數(shù)。
[0031]內(nèi)記數(shù)據(jù)回傳:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “F906H”。船載基站通過(guò)該命令讀取浮標(biāo)內(nèi)記在FLASH中的聲學(xué)及GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0032]待機(jī):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type = “F807H”。該命令的功能是通知浮標(biāo)收到這條命令進(jìn)入值班狀態(tài)。浮標(biāo)進(jìn)入值班狀態(tài)后，模擬板和聲學(xué)板的電源都關(guān)閉，只有浮標(biāo)通信板的電源不關(guān)閉。一旦浮標(biāo)在待機(jī)的5秒時(shí)間內(nèi)接收到了船載基站發(fā)送的進(jìn)入工作狀態(tài)命令，浮標(biāo)各個(gè)模塊都開(kāi)始重新上電初始化。
`[0033]回傳原始數(shù)據(jù):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type ^F708H”。浮標(biāo)通信板收到該指令后， 傳給聲學(xué)板，聲學(xué)板從FPGA讀出鎖存數(shù)據(jù)的起始地址，根據(jù)主控計(jì)算機(jī)下傳的幀序號(hào)及幀長(zhǎng)度計(jì)算相對(duì)地址，進(jìn)而得到絕對(duì)地址，由FPGA讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后回傳數(shù)據(jù)。
[0034]清除浮標(biāo)內(nèi)記數(shù)據(jù):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type d‘F609H”。清除浮標(biāo)通信板FLASH 內(nèi)記存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，使其重新初始化，以便寫入新的數(shù)據(jù)。
[0035]查詢同步狀態(tài):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type= “F50AH”。船載基站通過(guò)該命令來(lái)查詢浮標(biāo)是否已經(jīng)進(jìn)入同步狀態(tài)，以及查詢電池的狀態(tài)。
[0036]下傳差分?jǐn)?shù)據(jù):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type= “F40BH”。船載基站通過(guò)該命令向浮標(biāo)發(fā)送船載基站的DGPS差分信息，浮標(biāo)僅僅把收到的差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到DGPS接收機(jī)的差分?jǐn)?shù)據(jù)接口，不向船載基站發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0037]清除浮標(biāo)FLASH數(shù)據(jù):幀類型及補(bǔ)碼Frame Type^F30CH”。清除浮標(biāo)聲學(xué)板FLASH 中已存的原始波形數(shù)據(jù)。
[0038]查詢浮標(biāo)FLASH數(shù)據(jù)是否已清除完畢:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type= “F20DH”。查詢各個(gè)浮標(biāo)聲學(xué)板FLASH中的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)清除完畢。一般用于通過(guò)設(shè)置幀同步命令使聲學(xué)板鎖存原始數(shù)據(jù)之前發(fā)。
[0039]停止鎖存原始數(shù)據(jù)并停止內(nèi)記:幀類型及補(bǔ)碼Frame Type= “F10EH”。該命令可使設(shè)置幀同步命令中的聲學(xué)板FLASH中原始數(shù)據(jù)的鎖存和通信板FLASH中數(shù)據(jù)的內(nèi)記停止下來(lái)。
[0040]圖5是使用該通信方法實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)定位跟蹤的效果圖，該圖是船載基站顯控軟件給出的其中一個(gè)水下航行器的軌跡圖，該圖中浮標(biāo)數(shù)量為10個(gè)，跟蹤范圍為3kmX12km， 可以同時(shí)定位跟蹤至少5個(gè)水下航行器。經(jīng)過(guò)海上試驗(yàn)表明，把該通信方法應(yīng)用于水下目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)是可行的，并且有三點(diǎn)有益效果:一是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便，可以根據(jù)實(shí)際需要增加浮標(biāo)的數(shù)量，這樣定位和跟蹤的水下目標(biāo)的范圍就可以顯著增加；二是浮標(biāo)可以遠(yuǎn)離基站，借助微波傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基站與浮標(biāo)的遠(yuǎn)距離通信，可多區(qū)域同時(shí)跟蹤；三是基站對(duì)浮標(biāo)便于控制，設(shè)備維護(hù)方便，通信可靠性高，可以保證系統(tǒng)對(duì)水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。[0041]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)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(yùn)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(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:它包括船載基站、 中繼站、近處水聲浮標(biāo)陣及遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣；所述近處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述船載基站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)；所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述中繼站連接形成無(wú)線局域網(wǎng)，所述中繼站通 過(guò)一微波傳輸系統(tǒng)與所述船載基站連接形成微波傳輸網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于: 所述近處水聲浮標(biāo)陣/遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣由至少四個(gè)浮標(biāo)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于: 所述近處水聲浮標(biāo)陣與所述船載基站之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接，所述遠(yuǎn)處水聲浮標(biāo)陣與所述 中繼站之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋連接，所述無(wú)線網(wǎng)橋上的通信接口為網(wǎng)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于水下目標(biāo)定位跟蹤的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)， 其特征在于:所述無(wú)線局域網(wǎng)執(zhí)行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1lb標(biāo)準(zhǔn)，所述微波傳輸網(wǎng) 執(zhí)行WLAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。
5.一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方法，其特征在于:包括以下步驟: 處于同一網(wǎng)段的浮標(biāo)與船載基站/中繼站建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，處于不同網(wǎng)段的中繼站與船載基站通過(guò)微波傳輸系統(tǒng)建立微波傳輸網(wǎng)絡(luò)連接；船載基站根據(jù)IP地址與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行通信，向?qū)?yīng)的浮標(biāo)下發(fā)幀命令；浮標(biāo)接收所述幀命令，根據(jù)幀命令中“幀類型和補(bǔ)碼”判斷該幀命令的用途，然后執(zhí)行 所述幀命令；浮標(biāo)根據(jù)IP地址向所述船載基站回傳反饋信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方法，其特征在于: 所述船載基站根據(jù)IP地址與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行通信，向?qū)?yīng)的浮標(biāo)下發(fā)幀命令具體包括步 驟:判斷當(dāng)前幀命令中的IP地址與船載基站是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；若是，則判斷為船載基站與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)可以直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，船載基站直 接將幀命令發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)；若不是，則判斷為船載基站需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)通信，船載基站先將幀 命令發(fā)送至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該幀命令轉(zhuǎn)發(fā)至同一網(wǎng)段內(nèi)對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方法，其特征在于: 所述浮標(biāo)向所述船載基站回傳反饋信息具體包括步驟:判斷當(dāng)前反饋信息中的IP地址與浮標(biāo)是否處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)；若是，則判斷為浮標(biāo)與對(duì)應(yīng)的船載基站直接通信，不需要經(jīng)過(guò)中繼站，浮標(biāo)直接將反饋 信息發(fā)送至同一網(wǎng)段內(nèi)的船載基站；若不是，則判斷為浮標(biāo)需要通過(guò)中繼站才能與對(duì)應(yīng)的船載基站通信，浮標(biāo)先將反饋信 息發(fā)送至同一網(wǎng)段中的中繼站，中繼站再將該反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)網(wǎng)段內(nèi)的船載基站。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水下目標(biāo)定位跟蹤通信方法，其 特征在于:所述船載基站以分時(shí)的方式和各個(gè)浮標(biāo)通信，時(shí)隙由船載基站進(jìn)行分配，每次船 載基站只與其中一個(gè)浮標(biāo)進(jìn)行通信。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK103501202SQ201310515979
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】孫向前, 林開(kāi)泉, 張俊, 徐國(guó)貴, 曹岳海, 李帥, 張永超, 代偉, 彭水 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍91388部隊(duì)