本发明涉及水声通信技术领域，尤其涉及一种封闭式水下航行器救援系统。
背景技术：
对于一些密闭性结构的水下航行器，例如，潜艇等声波或者无线电波的传导在经过其外壳的过程中容易发生损害。因此，一旦潜艇发生事故，声波和无线电波无法传输出去，不能向外界传达信息，对失事潜艇的救援是极为不利的。援潜救生通常以深浅救生艇依靠大型救生指挥舰的搭载，到达海上失事点附件执行紧急潜救任务。在执行救生任务过程中，通信联络是能与潜艇内遇险者取得联系的有效手段。
目前，航行在水下的深潜救生艇若要与失事潜艇取得联系，只能依靠水声通信。但是，装备于深潜救生艇上的水声通信设备为水声电话，其固定工作频率与潜艇上的水声电话频率不匹配，无法达成正常的通信联络。因此，在深潜救生时，深潜救生艇只能通过水声电话先与指挥舰进行联系，指挥舰作为中继站对潜艇进行转信，其所消耗的时间较多，极大降低了救援效率。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种封闭式水下航行器救援系统，用于深潜救生艇与失事水下航行器建立直接通信，缩短潜艇救援过程在中的通信时间，提高救援效率。
本发明实施例提供一种封闭式水下航行器救援系统，包括救援船和应急浮标，所述应急浮标搭载有全双工水声通信机、异构信号处理机和水面无线通信模块，所述应急浮标通过所述水面无线通信模块与所述救援船建立通信连接，以及所述应急浮标通过所述全双工水声通信机与失事水下航行器建立全双工水声通信连接，其中：
所述异构信号处理机，用于接收所述救援船发送的无线通信信号，将所述无线通信信号进行转换处理后，转发给所述全双工水声通信机，由所述全双工水声通信机发送给所述失事水下航行器搭载的水声通信设备；或者在接收到所述全双工水声通信机转发的、失事水下航行器搭载的水声通信设备发送的水声信号之后，将接收到的水声信号进行转换处理后，转发给所述水面无线通信模块，由所述水面无线通信模块发送给所述救援船。
在一种实施方式中，所述水面无线通信模块包括以下至少一种：卫星通信模块、短波通信模块和数传电台，其中：
所述应急浮标，用于通过所述卫星通信模块与所述救援船建立空域通信连接；或者通过所述短波通信模块与所述救援船建立短波通信连接；或者通过所述数传电台建立超短波无线通信连接。
在一种实施方式中，所述全双工水声通信机中设置有自干扰抵消模块；
所述自干扰抵消模块，用于消除接收到的远端期望信号中所包含的本端信号的干扰。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明所述的封闭式水下航行器救援系统中，在应急浮标中集成了异构信号处理机、水面无线通信模块和全双工水声通信机，全双工水声通信机在发射信号的同时也可接收来自另一端的水声通信信号，从而可以提高通信效率，缩短潜艇救援过程中的通信时间，提高救援效率。
附图说明
图1为根据本发明实施例的封闭式水下航行器救援系统结构示意图；
图2为根据本发明实施例的全双工水声通信机一种可能的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的水下航行器救援场景示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1所示，其为本发明实施例提供的封闭式水下航行器救援系统的结构示意图，包括救援船11和应急浮标12，应急浮标12搭载有全双工水声通信机121、异构信号处理机122和水面无线通信模块123，所述应急浮标12通过所述水面无线通信模块123与所述救援船11建立通信连接，以及所述应急浮标12通过所述全双工水声通信机121与失事水下航行器建立全双工水声通信连接，其中：
所述异构信号处理机，用于接收所述救援船发送的无线通信信号，将所述无线通信信号进行转换处理后，转发给所述全双工水声通信机，由所述全双工水声通信机发送给所述失事水下航行器搭载的水声通信设备；或者在接收到所述全双工水声通信机转发的、失事水下航行器搭载的水声通信设备发送的水声信号之后，将接收到的水声信号进行转换处理后，转发给所述水面无线通信模块，由所述水面无线通信模块发送给所述救援船。
具体实施中，水下潜航器可以搭载上述的应急浮标，在失事或者故障时，将应急浮标投放至水面。根据本发明实施例可以通过应急浮标，建立救援船与水下航行器的双向通信连接。
具体实施时，应急浮标搭载的水面无线通信模块可以为短波通信、卫星通信模块和数传电台，相应的，应急浮标可以通过短波通信模块与救援船建立短波通信连接，或者通过卫星通信模块与救援船建立卫星通信连接，或者通过数传电台与救援船建立超短波通信连接。
应急浮标与水下潜航器可以通过全双工水声通信机建立水声通信连接。由于水声信号、卫星信号或者短波信号属于异构信号，为了实现异构信号的转换处理，本发明实施例中，应急浮标可以通过搭载异构信号处理机实现。具体地，异构信号处理机可以对水下和空域的通信信号，例如，水声信号和卫星信号进行处理转换，实现水下、空域通信信号的跨域双向传输。具体实施时，水下通信采用全双工水声通信机，可与水下航行器搭载的水声通信机进行高效、实时的交流沟通，由于采用了全双工通信方式，因此，应急浮标搭载的全双工水声通信机可与水下航行器搭载的水声通信机可以同时进行同频通信，无需通过中继转发，从而能够缩短救援过程中的通信时间，提高救援效率。
具体实施时，通过采用同时同频全双工水声通信机，可以减少水下信息碰撞，提高水下节点通信效率。但是，全双工水声通信机在发射信号的同时，也可以接受来自远端的水声通信节点的信号，这一特点使得接收到的远端期望信号受到强本端发射信号的干扰，由于本端信号的能量通常强于远端期望信号八九十分贝。为了提高接受信号的质量，本发明实施例中，同时同频全双工水声通信机还可以包括自干扰抵消模块，用于消除接收到的远端期望信号中所包含的本端信号的干扰，即抑制和抵消强自干扰信号，使全双工水声通信机能够正常解调来自远端的通信信号。
在一种实施方式中，全双工水声通信机自干扰抵消模块可以包括以下至少一种：数字自干扰抵消模块，模拟自干扰抵消模块和水声物理隔离模块，其中，数字自干扰抵消模块是在模数转换器(adc)采集后，数字域上进行的数字自干扰抵消；模拟自干扰抵消模块是在接收通道放大器前端进行的模拟自干扰抵消；水声物理隔离模块是基于声障板和矢量水听器的水声物理隔离，如图2所示，其为全双工水声通信机一种可能的结构示意图。
上述实施例中，本发明实施例采用的同时同频全双工水声通信机可以基于矢量水听器技术，可实现目标信号的定向接收和本地发射信号的干扰屏蔽。通过声压和振速的不同组合，可以使矢量传感器形成多种指向性，这些组合指向性不随频率变化，且可以电子旋转。利用矢量传感器的组合指向性可以区分出不同方位上的信源所发出的信号，实现定向接收和本地干扰屏蔽。
根据本发明实施例，水下航行器援救的大体通信流程为：首先，在水面的指挥舰或者救援船在特定救援频段发出链路联通确认信息，信息经由卫星通信或短波通信被应急浮标接收，异构信号处理机将接收的空域信息经跨域通信协议编译转换处理，转由全双工水声通信机下发信息给待救援水下航行器上的水声通信设备。在水面指挥舰发出链路联通确认信息的同时，待救援的潜艇也上发链路联通确认信息，只要一方收到语音信息，即可确定通信链路联通成功，然后可根据相关救援流程进行救援，在此期间，双方进行实时通信。
需要说明的是，本发明实施例涉及的水下航行器可以但不限于为潜艇。
为了更好地立即本发明实施例，以下结合具体实施例对本发明的实施过程进行说明。如图3所示，其为本发明实施例提供的水下航行器救援场景示意图。
假设潜艇在某海域因动力、操作失误等故障原因坐底，亟待救援。救援过程如下：
1、潜艇通过鱼雷口将配备有水声通信模块、异构信号处理机模块、卫星通信模块的应急浮标投放至水面；
2、应急通信浮标上浮至水面，启动应急通讯模式，初步建立跨域全双工通信链路，通过跨域通信，向救援基地上报潜艇位置，等待救援；
3、救援基地迅速启动救援预案，派救援指挥舰快速前往目标海域，同时，指挥舰实时与潜艇进行通信，了解潜艇内部状况，并告知救援方案；
4、待指挥舰抵达救援区域后，借助该通信链路，待救援潜艇建立与指挥舰的实时全双工联系，潜艇上指挥人员实时汇报潜艇状态及实时接收救援情况信息，配合救援船只、潜水员的救援工作；
除了潜艇救援外，在潜艇进行近海相关试验时，也可通过该方法借助跨域通信网络，实现在目标试验海域的双工通信，形成岸上指控人员与潜艇试验人员的双向交互互动。
本发明实施例提供的封闭式水下航行器救援系统中，利用空海跨域通信网络，可及时将潜艇故障/失事的情况快速上报指挥中心，方便援救船只快速到达故障/失事区域进行救援；利用空海跨域通信网络，可将潜艇在救援过程中的实时状态信息传输至海面的指挥舰，也可将海面指挥舰的指挥情况及时传送给潜艇，以便潜艇做出相应配合，提高救援效率；利用全双工水下通信机，减小水下信息碰撞，提高水下节点间通信效率，提高潜艇救援速度，极大减少了因为通信时延造成的损失。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
1.一种封闭式水下航行器救援系统，其特征在于，包括救援船和应急浮标，所述应急浮标搭载有全双工水声通信机、异构信号处理机和水面无线通信模块，所述应急浮标通过所述水面无线通信模块与所述救援船建立通信连接，以及所述应急浮标通过所述全双工水声通信机与失事水下航行器建立全双工水声通信连接，其中：
所述异构信号处理机，用于接收所述救援船发送的无线通信信号，将所述无线通信信号进行转换处理后，转发给所述全双工水声通信机，由所述全双工水声通信机发送给所述失事水下航行器搭载的水声通信设备；或者在接收到所述全双工水声通信机转发的、失事水下航行器搭载的水声通信设备发送的水声信号之后，将接收到的水声信号进行转换处理后，转发给所述水面无线通信模块，由所述水面无线通信模块发送给所述救援船。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水面无线通信模块包括以下至少一种：卫星通信模块、短波通信模块和数传电台，其中：
所述应急浮标，用于通过所述空域通信模块与所述救援船建立空域通信连接；或者通过所述短波通信模块与所述救援船建立短波通信连接；或者通过所述数传电台建立超短波无线通信连接。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述全双工水声通信机中包括自干扰抵消模块；
所述自干扰抵消模块，用于消除接收到的远端期望信号中所包含的本端信号的干扰。
技术总结