本发明涉及水声通信技术，尤其是涉及一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置。
背景技术：
：近年来，潜水产业在世界范围内呈现稳步增长的趋势，水下环境复杂多变，并时常伴随着极大的危险，但潜水员在水下作业普遍采用手势进行水下交流，采用信号绳与水面进行交流，此类方式很大程度上会受水下环境影响，并会影响潜水员灵活性及活动范围，由此将导致潜水员安全风险增加，在遇到危险时难以进行有效信号传输，容易引发安全事故。目前，水上与水下的无线通信最有效的手段是水声通信。根据水声信道(即海洋环境)的时变、频变和空变特性，水声通信信息传输速率的提高成为一个瓶颈。水声通信信息的调制体制随着应用场景和需求的不同，有不同的调制方式。非相干调制技术适合信息速率要求不高，而信息传输可靠性要求较高的场合；相干调制(qpsk调制)、多载波技术(如ofdm传输)适用于高速率的信息传输场合，但其传输可靠性相对较差。为了在提高信息传输速率的同时，提高其传输的可靠性，出现了mimo-ofdm传输体制，但其是以牺牲系统设备的复杂性为代价。对于水下语音传输，通常首先采用语音压缩技术将其压缩至速率较低，之后采用ofdm调制，经过水声信道后利用信号处理及语音解压缩技术将其还原为原始的语音信号。这种方式虽然可以完成水声语音通信功能，但由于语音压缩为有损压缩，其还原的语音信号质量等级难以保证；同时，由于水声信道的变化，ofdm通信系统的可靠性和鲁棒性也将面临严峻的考验。对于人的生理参数检测，目前采用比较多的是检测心电图参数和血样饱和度参数，主要采用传统的红外光技术，医用电极技术等传感检测方法，利用数字信号处理(dsp)技术进行处理。此方法虽然可利用dsp提高算法处理精度，但作为水下作业的潜水员穿戴设备，直观性差且其功耗大。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述潜水员水下作业的问题，提供水下作业的便捷、安全与灵活，可用于水面管理人员对潜水员水下作业安全管理监测的一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置。本发明包括水上监控管理平台和水下信息收发节点两个部分，水上监控管理平台部分包括接收信号预处理模块、声发射模块、语音录放模块、显示报警模块、核心处理器模块和电源模块；水下信息收发节点部分包括：接收信号预处理模块、声发射模块、传感器及指令处理模块、显示及耳机播放模块、核心处理器模块和电源模块；水上监控管理平台和水下信息收发节点都采用半双工通信方式。所述水上监控管理平台和水下信息收发节点的接收信号预处理模块、声发射模块、核心处理器模块等，用于水上监控管理平台和水下信息收发节点两部分的信息发射和接收处理等功能；所述语音录放模块是水上监控管理平台用于对潜水员水下作业语音信息的预先训练与存储；所述电源模块分别用于对水上监控管理平台和水下信息收发节点装置的供电。所述显示报警模块是水上监控管理平台对所接收的水下信息的发布与警示；所述传感器及指令处理模块是水下信息收发节点用于对水下环境信息以及潜水员发布信息的预处理；所述显示及耳机播放模块是水下信息收发节点供潜水员查看和收听水上监控管理平台发布的管理命令信息。该潜水员水下作业的安全监控管理装置，潜水员在水下作业前通过安全培训训练环节将自己真实语音通过语音录放模块收录到存储器中。在水下作业期间，水上监控管理平台可根据接收的相关水下信息，找到对应潜水员的真人语音进行播报；同时，水下信息收发节点亦可根据接收到的水上监控管理平台的命令信息播报相应的管理员真人语音命令信息。所述核心处理器模块的信道分析模块通过采集分析来自水声换能器的接收信号，以此获得水声信道的噪声功率、多径时延等参数，即海洋环境的相关参数，以此调整本装置的相关系统参数，包括接收预处理模块的信号放大倍数、数字信号处理器的同步处理和检测阈值等。所述水下信息收发节点部分包括传感器及指令处理模块。所述传感器包括前端可穿戴传感器，其中所用可穿戴传感器心率血压脉搏传感器，防水高精度压力传感器和加速度计陀螺仪用于检测人体心率、血氧浓度、水下环境压强、人体姿态。所述传感器为自动调频传感器，可根据实际需求调节传感器工作频率以降低功耗；其中指令处理模块是手势传感信息与事先存储的作业应答和呼救等信息相对应，作业应答和呼救等信息存储于指令处理模块内，所述传感器及指令处理模块将获取的传感和指令信息，传送到核心处理器模块进行信息调制，使得手势传感信息与存储的作业应答和呼救等信息相对应。水下信息收发节点部分的显示模块及耳机播放模块；所述显示模块采用低功耗oled显示器，佩戴在潜水员手腕处，设定自动息屏，降低功耗。显示器用于显示各项传感器测量参数及水下活动信息、水上发送指令信息，传感器参数及水下活动信息包括血压、心率、深度、潜水时间、剩余氧气等信息；耳机播放模块采用头戴式骨传感耳机，用于播放事先存储水上监控管理平台的管理员的指令语音信息。当接收到水上监控管理平台指令时手腕显示模块进行振动提醒，并显示消息，耳机播放模块播放相应的指令语音信息。所述水上监控管理平台的显示报警模块，用于实时显示潜水员发出的水下信息指令以及各类可穿戴传感器监测参数，所述水上监控管理平台将训练存储的十五种潜水员的水下信息指令语音，在显示器显示相应信息指令的同时，扬声器播放水下潜水员的作业信息或求救的真人语音信息。水上监控管理平台可根据当天的海洋环境等经验信息对水下各相关参数设定安全阈值，一旦参数超过安全阈值则进行语音报警。所述接收信号预处理模块，用于对接收到的微弱水声信号进行放大滤波相关处理，其中包括高精度放大和agc电路，agc电路为自动增益控制电路，具体方法为第一级agc 滤波器 第二级agc的处理方式，此模块分别包括在水上监控管理平台和水下信息收发节点两个部分中。所述声发射模块，包括功率放大器、收发切换开关电路和收发合置水声换能器，以保证该装置的半双工方式，此模块分别包括在水上监控管理平台和水下信息收发节点两部分中，所述水声换能器为收发合置球形换能器，其工作中心频率为30khz。核心处理模块包括以基于cortexm4内核的stm32高性能的数字信号控制器为核心的信号处理部分和信道分析模块，信号处理部分一方面用于完成接收信号预处理模块的模拟信号到数字信号的转换a/d、信号同步、信息解调、信道译码、储存数据、显示及音频播放控制等；另一方面用于将水下信息收发节点的信息指令和传感参数或者水上监控管理平台下发到水下的指令信息进行信息调制，信道编码和同步处理后经过数字到模拟信号转换d/a后经由声发射模块发射到水声信道。所述信息调制方式采用时频调制(tfsk)或其他信号调制，其他信号调制包括chirp调制，扩频调制等，相应的信息解调采用fft谱分析方法或相关处理方法进行解调；所述模数转换a/d、数模转换d/a功能采用soc控制器集成的adc/dac模块；所述存储数据功能采用soc控制器集成的片上存储器。所述信号同步分为粗同步及细同步两个过程，粗同步过程采用完全相同的两段时间较短的chirp信号1，即线性调频信号(lfm1)，通过互相关函数计算处理并判定达到粗同步阈值后，给出信号到达信息并进入细同步过程；所述细同步过程如下：在所述粗同步信号之后紧跟着采用时间较长的chirp信号2作为系统细同步信号，chirp信号2即线性调频信号(lfm2)，进行自相关函数计算处理后提取到同步相关峰，从而实现快速和准确的同步信号提取。与现有技术方案相比，本发明具有以下突出的优点：1.采用鲁棒性好的tfsk时频调制或其它chirp调制、扩频调制及bch信道编码的方法，大幅度降低多径干扰，增强信号传输的可靠性。在可靠信息传输的同时，潜水员和管理员都能够获得真人语音的直观式感受。2.由于采用了tfsk时频调制或其它chirp调制、扩频调制及bch信道编码的方法，其实现和处理方法相对简单；该发明采用基于cortexm4内核的stm32高性能数字信号控制器作为核心处理器，较之用dsp及fpga等作为核心处理器具有更低的功耗及成本。3.接收信号预处理模块采用第一级agc 滤波器 第二级agc的处理方法替代传统的小信号放大器 滤波器的方式，提高了接收信号的信噪比，保证后续数字信息信号的正确解调。4.集成有多种可穿戴式水下传感器模块，由传感器模块直接输出相关生理姿态参数，节省系统处理时间和功耗。如高集成心率血压模块mkb0803可直接进行心率血压采集计算、脉搏波和心电波形输出、人体佩戴状态识别功能，通过核心处理器设定安全阈值进行实时报警，保障潜水员生命安全。可通过屏幕显示，声音提醒等多种途径播报信息，便于水下潜水员和水面管理员进行实时及时监控，保障潜水员的水下作业安全。5.充分考虑了水下发送指令的困难性，该装置事先对消息进行规格化分类，用少量的信息代替所要表达大量内容的信息，并对应成十五个按键指令。通过感知潜水员的手势姿势发送预储存的按键指令，操作简易，采用视听结合的方式接收消息，降低了使用门槛。6.采用长短不同的chirp信号的进行粗细同步的方式，利用快速检测的方法，提高了同步检测的精度和速度。7.设备功耗低，体积小，集成度高，不影响潜水员水下作业活动范围及灵活性，有利于潜水员的水下作业。附图说明图1为本发明实施例的系统框图。图2为本发明实施例发送信号的帧格式图。具体实施方式为使本发明的特点、技术方案及优点更加清晰，以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。如图1，本发明实施例包括水上监控管理平台1和水下信息收发节点2两个部分；所述水上监控管理平台1用于实时接收和监控水下潜水员安全相关的信息和向水下发布相关的管理命令信息；所述水下信息收发节点2为安装在潜水员身上的可穿戴设备，用于向水上监控管理平台1发布潜水员的身体状况信息，周围环境状况以及求救信息等；所述水上监控管理平台1部分包括接收信号预处理模块11、声发射模块12、语音录放模块13、显示报警模块14、核心处理器模块15和电源模块16；水下信息收发节点2部分包括：接收信号预处理模块21、声发射模块22、传感器及指令处理模块23、显示及耳机播放模块24、核心处理器模块25和电源模块26；水上监控管理平台1和水下信息收发节点2都采用半双工通信方式。其中所述水上监控管理平台1和水下信息收发节点2的接收信号预处理模块(11、21)、声发射模块(12、22)、核心处理器模块(15、25)等，用于信息发射和接收处理等功能；所述语音录放模块13是水上监控管理平台1用于对潜水员水下作业语音信息的预训练与存储；所述电源模块(16、26)分别用于对水上监控管理平台1和水下信息收发节点2装置的供电。所述显示报警模块14是水上监控管理平台1对所接收的水下信息的发布与警示；所述传感器及指令处理模块23是水下信息收发节点2用于对水下环境信息以及潜水员发布信息的预处理；所述显示及耳机播放模块24是水下信息收发节点2供潜水员查看和收听水上监控管理平台1发来的管理命令信息。所述水上监控管理平台1和水下信息收发节点2的声发射模块(12、22)，分别包括功率放大器(120、220)、匹配器(121、221)、收发切换开关(122、222)电路和收发合置水声换能器(123、223)，以保证该装置的半双工方式，所述水声换能器(123、223)为收发合置球形换能器，其工作中心频率为30khz。水上监控管理平台1和水下信息收发节点2两部分的核心处理器模块(15、25)分别采用基于cortexm4内核的stm32高性能的数字信号控制器。根据潜水员具体的水下作业信息，事先对消息进行规格化分类，用少量的指令信息代替大量的语音信息，减少信息发送量，降低发送功率。这样水下作业的一条语音信息与一条规格化信息相对应。语音信息训练潜水员作业时由语音录放模块13录制到语音芯片中。所述语音命令信息为经规格化处理的有效标准信息，即信息装置通过识别真人语音中的与潜水作业相关的关键词，将关键词转换为命令，几种关键词对应几种命令，如：立即结束返航，对应标准信息为“1001”；继续向前走，对应标准信息为“0101”……；潜水员在下水前，在水上监控管理平台上通过语音录制设备进行潜水员水下作业命令发布的训练与语音录制，以便下水作业后，在水上监控管理平台进行潜水员的下水前事先录制好的语音对应信息进行语音播报。真人语音与对应命令举例如表1：表1序号语音关键字对应信息序号语音关键字对应信息1一切正常00019立即结束返航10012检查装备001010第二名潜水员已下潜10103上升001111环境物理参数(水温水深)10114停止010012血压，心率11005继续向前走010113氧气量11016向右走011014位置信息11107向左走011115(备用)11118向后走1000同时，在水下信息接收节点平台上训练潜水员的手势指令，储存于水下节点设备的存储器中，以备下水后在核心处理器模块进行相应手势传感的判断与事先存储的作业、应答和呼救命令信息相对应进行判断，例如先前走通过手势向前晃动表示，向后走通过手势向后晃动表示，上升通过手势向上表示等，另外无法对应具体手势的则通过对应按压对应信息的按钮，来发送相应的作业、应答和呼救命令信息。以下从潜水员水下作业的安全管理方法的工作过程来说明本发明的具体实施方法。1)水下信息收发节点2向水上监控管理平台1发送信息水下信息收发节点2的传感器及指令处理模块23，通过可穿戴的传感器：mkb0803心率血压模块、mpu9250姿态传感器、ms5540高精度压力传感器采集处理潜水员和周围环境的压力等数据信息，如检测人体心率、血氧浓度、水下环境温度、压强、手势姿态等，并通过spi接口传送数据到核心处理器stm32微控制器中。stm32数字信号控制器根据采集到的信息数据，进行处理判断后与指令处理模块内事先存储的应答、作业、呼救指令对应，经核心处理器模块25处理将信息成帧形成原始的信源信息。stm32数字信号控制器首先对信源信息进行bch信道编码，以此提高信息传输的可靠性；接下来进行信息调制。优选地，采用时频编码调制(tfsk)，以抵抗水声信道的多径传输带来的干扰，增加系统的可靠性。这样就形成了已调制信号的数据流。stm32数字信号控制器在已调制信号数据流前面加入唤醒和同步信号后构成发送信号帧。加入唤醒和同步信号的目的是在接收端快速准确地找到接收信号的起始位置。发送信号的帧格式图如图2。在图2中：lfm1信号：l1(t)＝rect(t/t1)exp[j2πf01t jπk1t2](1)lfm2信号：l2(t)＝rect(t/t2)exp[j2πf02t jπk2t2](2)其中，t1，t2为lfm信号周期，t1＜t2，f01，f02为中心频率，k1，k2为调制频率，s1(t),s2(t),...sn(t)为tfsk信号或其它调制信号，zero为加入若干个零比特。水下信息收发节点2的stm32数字信号控制器控制收发切换开关222电路切换至声发射模块22，经过功率放大器220后，通过球形水声换能器223将电信号转换为声信号发送到水声信道。2)水上监控管理平台1接收水下信息收发节点2的信息水上监控管理平台1平时处于接收模式，由水声换能器12接收的微弱水声信号送至接收信号预处理模块11。经过第一级agc后，将水声换能器123接收的微弱信号的幅度稳定到200mv，之后再经过滤波器滤掉噪声，再由第二级agc将滤波后的信号稳定在2v左右，送到核心处理器模块15进行a/d转换。滤波器设计选用高速精密放大器opa404，agc芯片选用压控放大器ad603。stm32数字信号控制器通过内嵌的a/d转换模块将模拟信号转换为数字信号后，首先根据发送端发送的信号帧格式进行同步信号的提取，分别采用互相关和自相关的方法进行粗、细两级的chirp信号同步提取，获得接收信号的准确位置。与此同时，可利用chirp信号提取出信道冲激响应，以此进行信道分析处理获得水声信道的噪声功率、多径时延等参数。据此，调整本装置的相关系统参数，包括接收后续信号的放大倍数、信号检测阈值等。stm32数字信号控制器利用内嵌的数字信号处理功能，对接收的tfsk信号采用fft谱分析的方法进行信息解调；之后，经bch码信道译码后，获得水下信息收发节点发来的信号信息。stm32数字信号控制器将接收到的信号信息进行解析后，获得水下潜水员的相关信息信号和生理参数，如传感器参数及水下活动信息包括血压、心率、水温、水压、深度、潜水时间、氧气剩余、方位信息等。根据事先设定的潜水员水下作业的安全生理参数及信息命令如果发现这些参数超过预警阈值，进行相应的语音、显示报警。相关信号信息包括水下水下信息收发节点2的传感器及指令处理模块23发送的信息，从而了解水下潜水员的运动或其他动作情况。水上监控管理平台根据接收到的水下信息节点的综合信息，一旦有危险因素存在，则立即向水下信息收发节点发布命令信息，启动水上监控管理平台到水下信息首发节点的信息发送过程。3)水上监控管理平台1发送信息至水下信息收发节点2水上监控管理平台1的核心处理器模块15解析接收到的水下信号信息，获得水下潜水员的相关信息信号和生理参数，对比与事先设定的潜水员水下作业的安全生理参数及信息命令，判定这些参数是否超过预警阈值，超过阈值，则选择语音录放模块13事先录制好的语音对应信息进行语音播报，向水下发送相应命令，并由显示及耳机播放模块24进行相应的语音、显示报警；核心处理器模块15对信源信息进行编码、调制处理，并在已调制的数据流前面加入唤醒和同步信号，形成发送帧信号，核心处理器模块控制收发切换开关电路切换至声发射模块，经由功率放大器、匹配器和水声换能器将信号送入到水声信道传播。4)水下信息收发节点2接收水上监控管理平台1的发送信息接收端处于接收模式，由水声换能器223接收的微弱水声信号送至接收信号预处理模块21进行滤波、自动增益放大后，送到核心处理器模块25经内嵌的a/d转换模块将模拟信号转换为数字信号，进行信道分析、信号同步、信息解调、信道译码，得到水上发送的信号信息；手腕显示模块进行振动提醒，并显示消息；数字处理器根据接收指令控制头戴式骨传感耳机播放与之对应的指令语音信息，完成正确的操作，解除警报或停止潜水活动。当水下信息收发节点2接收到水上监控管理平台1的控制指令，手腕oled显示器进行振动提醒，并显示消息；stm32数字信号控制器根据接收指令控制头戴式骨传感耳机播放与之对应的指令语音信息。本发明利用可穿戴的传感技术直接进行心率电压检测，以便随时检测潜水员的身体安全状况。因此，针对水声通信的现有发展技术，结合潜水员水下作业的安全要求，本发明采用传输可靠性高的非相干调制技术，为保证潜水员和水上管理员的信息交流直观畅通，本发明利用先进的传感器技术采集潜水员的手势姿态信息，将其转换为有限的信息传输命令，在接收端，根据潜水员训练留存的对应语音信息进行播放。这样，既保证了信息传输的可靠性，又可实现信息传递的沉浸式的体验感。以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。任何在本发明所揭示的原理、设计思路之内所作的等同替换或修饰均涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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技术特征：1.一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：该装置包括水上监控管理平台和水下信息收发节点，所述水上监控管理平台用于收发水下信息，水下信息收发节点为穿戴设备，用于向水上监控管理平台发布潜水员的身体状况信息、周围环境状况以及求救信息，水上监控管理平台包括接收信号预处理模块、声发射模块、语音录放模块、显示报警模块、核心处理器模块和电源模块，所述接收信号预处理模块、声发射模块、语音录放模块和显示报警模块与核心处理器模块连接，水下信息收发节点包括接收信号预处理模块、声发射模块、传感器及指令处理模块、显示及耳机播放模块、核心处理器模块和电源模块；所述接收信号预处理模块、声发射模块、传感器及指令处理模块和显示及耳机播放模块与核心处理器模块连接，所述电源模块各自为水上监控管理平台和水下信息收发节点供电；所述水上监控管理平台和水下信息收发节点采用半双工通信方式。
2.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述水上监控管理平台和水下信息收发节点的核心处理器模块设有信号处理模块和信道分析模块，所述声发射模块设有功率放大器、匹配器、收发切换开关和水声换能器，功率放大器和收发切换开关与核心处理器模块连接，匹配器与功率放大器和收发切换开关连接，收发切换开关与功率放大器、接收信号预处理模块和水声换能器连接。
3.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述语音录放模块内存储有潜水员在水下作业前安全培训训练环节的真人语音命令信息和管理员真人语音命令信息，所述水下信息收发节点能够根据接收到的水上监控管理平台的命令信息播报相应的管理员真人语音命令信息，所述语音命令信息为规格化处理的有效标准信息。
4.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述传感器及指令处理模块包括前端可穿戴传感器和后端信息模块，所述可穿戴传感器包括心率血压脉搏传感器、防水高精度压力传感器和加速度计陀螺仪，所述传感器为自动调频传感器，所述指令处理模块将手势传感信息与事先存储的作业、应答和呼救信息对应，所述传感器及指令处理模块与核心处理器模块信号连接，实现传感器的手势传感信息通过核心处理器模块与指令处理模块内的信息相对应。
5.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述核心处理器模块为基于cortexm4内核的stm32高性能的数字信号控制器，所述显示及耳机播放模块的显示模块采用低功耗oled显示器，并内设有振动器佩戴于潜水员手腕处，耳机播放模块采用头戴式骨传感耳机。
6.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述水上监控管理平台和水下信息收发节点的接收信号预处理模块设有agc电路和滤波器，具体由agc 滤波器 agc构成。
7.根据权利要求1所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于：所述核心处理器模块的信号处理部分接收信号预处理模块的模拟信号到数字信号的转换a/d、信号同步、信息解调、信道译码、储存数据、显示及音频播放控制，并将水下信息收发节点的信息指令和传感参数或者水上监控管理平台发至水下的指令信息进行信息调制、信道编码和加入同步信号后形成发送信号帧，经过数字到模拟信号转换d/a，再经由声发射模块发射到水声信道，所述信息调制方式采用tfsk、chirp调制或扩频调制，信息解调采用fft谱分析方法进行解调；所述模数转换a/d、数模转换d/a功能采用soc控制器集成的adc/dac模块；所述存储数据功能采用soc控制器集成的片上存储器。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于，包括以下工作方式：
1)准备工作
通过语音录放模块对潜水员水下作业语音信息的预训练与存储，并存储管理员真人语音命令信息；训练手势指令，实现传感器及存储器模块的手势传感信息与事先存储的作业、应答和呼救命令信息相对应；根据当天的海洋环境等经验信息对水下各相关参数设定安全阈值；
2)水下信息收发节点向水上监控管理平台发送信息
水下信息收发节点的传感器及指令处理模块，通过可穿戴的传感器采集处理潜水员动作、人体心率、血氧浓度、人体姿态和周围环境的压力一系列数据信息，并传送到核心处理器模块进行处理判断，与信息模块内事先存储的应答、作业、呼救指令对应，将信息成帧形成原始的信源信息；
核心处理器模块对信源信息进行编码、调制处理，并在已调制的数据流前面加入唤醒和同步信号，形成发送帧信号，核心处理器模块控制收发切换开关电路切换至声发射模块，经由功率放大器、匹配器和水声换能器将信号送入到水声信道传播；
3)水上监控管理平台接收水下信息收发节点的信息
接收端处于接收模式，由水声换能器接收的微弱水声信号送至接收信号预处理模块进行滤波、自动增益放大后，送到核心处理器模块经内嵌的a/d转换模块将模拟信号转换为数字信号，进行信道分析、信号同步、信息解调、信道译码，得到水下发送的信号信息；
核心处理器模块解析接收到的水下信号信息，获得水下潜水员的相关信息信号和生理参数，对比与事先设定的潜水员水下作业的安全生理参数及信息命令，判定这些参数是否超过预警阈值，超过阈值则由显示及耳机播放模块进行相应的语音、显示报警；相关信号信息包括水下水下信息收发节点的传感器及指令处理模块发送的信息，从而了解水下潜水员的运动或其他动作情况；
水上监控管理平台根据接收到的水下信息节点的综合信息，一旦有危险因素存在，则立即启动水上监控管理平台到水下信息首发节点的信息发送过程，向水下信息收发节点发布相关的命令信息；
4)水上监控管理平台发送信息至水下信息收发节点
水上监控管理平台的核心处理器模块解析接收到的水下信号信息，获得水下潜水员的相关信息信号和生理参数，对比与事先设定的潜水员水下作业的安全生理参数及信息命令，判定这些参数是否超过预警阈值，超过阈值，则选择语音录放模块事先录制好的语音对应信息进行语音播报，向水下发送相应命令，并由显示及耳机播放模块进行相应的语音、显示报警；
核心处理器模块对信源信息进行编码、调制处理，并在已调制的数据流前面加入唤醒和同步信号，形成发送帧信号，核心处理器模块控制收发切换开关电路切换至声发射模块，经由功率放大器、匹配器和水声换能器将信号送入到水声信道传播；
5)水下信息收发节点接收水上监控管理平台的发送信息
接收端处于接收模式，由水声换能器接收的微弱水声信号送至接收信号预处理模块进行滤波、自动增益放大后，送到核心处理器模块经内嵌的a/d转换模块将模拟信号转换为数字信号，进行信道分析、信号同步、信息解调、信道译码，得到水上发送的信号信息；
手腕显示模块进行振动提醒，并显示消息；数字处理器根据接收指令控制头戴式骨传感耳机播放与之对应的指令语音信息，完成正确的操作，解除警报或停止潜水活动。
9.根据权利要求8所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于，所述信号同步分为粗同步及细同步两个过程，粗同步过程采用完全相同的两段时间较短的chirp信号1，通过互相关算法处理并判定达到粗同步阈值后，给出信号到达信息并进入细同步过程；所述细同步过程是在粗同步信号之后紧跟着较长时间段的chirp信号2作为系统细同步信号，进行自相关算法处理后提取到同步相关峰。
10.根据权利要求8所述一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，其特征在于，所述核心处理器模块首先对信源信息进行bch信道编码，接下来采用tfsk或其他方法信息调制，形成已调制信号数据流；
所述已调制信号数据流前面加入唤醒和同步信号后构成发送信号帧，发送信号帧格式如下：
lfm1zerolfm1zerolfm2zeros1(t)s2(t)···sn(t)
其中：
lfm1信号：l1(t)＝rect(t/t1)exp[j2πf01t jπk1t2](1)
lfm2信号：l2(t)＝rect(t/t2)exp[j2πf02t jπk2t2](2)
其中，t1，t2为lfm信号周期，t1＜t2，f01，f02为中心频率，k1，k2为调制频率，s1(t)，s2(t)，...sn(t)为tfsk信号或其它调制信号，zero为加入若干个零比特。
技术总结一种用于潜水员水下作业的安全监控管理装置，涉及水声通信技术，该装置包括水上监控管理平台和水下信息收发节点两个部分，根据潜水员水下作业的环境和基本特征，将真人发布的语音信息通过训练阶段预先存储，并将语音信息命令规格化处理为有效标准信息，采用水声通信中的TFSK时频调制技术进行传输，在保证信息可靠传输和鲁棒性的同时，通过回放预先存放的语音，保证潜水员便捷直观可靠地接收信息，达到对水下潜水员安全监控管理的目的。该装置以基于Cortex M4的STM32高性能的数字信号控制器为核心处理器，系统具有实现简单便捷、功耗低、性价比高等特点。此装置可应用于潜水娱乐、水下救援、海洋牧场等应用场景。
技术研发人员：胡晓毅;卢杰;周宁;瞿纪杰;王德清;岳蕾
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2020.02.27
技术公布日：2020.06.09
