一種水下聲通信和報警方法及其裝置的制作方法

文檔序號：6693051閱讀：312來源：國知局

專利名稱：一種水下聲通信和報警方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水中作業(yè)船舶的水下聲通信和報警信號傳送，特別涉及到水下聲通信和報警的方法及其裝置，具體而言是全潛式觀光潛水艇、其他潛器或水下作業(yè)裝置與水面船只或碼頭指揮臺之間的通信聯(lián)絡和失事報警的方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，在水下作業(yè)裝置(如全潛式觀光潛水艇、潛器、機器魚)與水面船只或碼頭指揮臺之間缺乏有效的通信聯(lián)絡和失事報警的方法及裝置，使水下作業(yè)裝置及其乘員的安全得不到有效的保障，水下作業(yè)裝置一旦水下失事，無法向水面船只或碼頭指揮臺發(fā)送失事報警信號，水面船只指揮臺尋找失事水下作業(yè)裝置和組織營救也缺乏水聲定位信號，事后海事事故分析也缺乏水下作業(yè)裝置失事前與指揮臺通話的原始記錄。為了確保水下作業(yè)裝置的安全，現(xiàn)代船檢要求水下作業(yè)裝置必須采取有效的安全措施，配備具有通信和報警功能的裝置，眾所周知，電磁波在水介質(zhì)中的傳播衰
減很大，達到2dB/m，利用無線電進行水下聲通信時的通信距離很短。而聲波通信是水下遠距離傳播信息最為有效的方式，只要合理選擇水中傳播的聲信號工作頻段，既可避開水介質(zhì)中的環(huán)境噪聲，又可減小聲信號在水介質(zhì)中的傳播衰減，以較小的發(fā)射電功率獲得較遠的通信聯(lián)絡距離?，F(xiàn)有的水下作業(yè)裝置水聲通信設備體積大，而水聲應答器的功能十分單一。現(xiàn)有水下作業(yè)裝置在通信和報警裝置配置和功能上存在下列缺陷
(1)水下作業(yè)設備與水面指揮船舶或碼頭控制臺站之間缺少水下聲通信聯(lián)絡和失事報警裝置，不符合現(xiàn)代船檢對水下作業(yè)設備的水下作業(yè)必須
配備有效的安全措施的要求。
(2) 水下作業(yè)裝置無水聲報警工作方式，水下作業(yè)裝置上的乘員(包括操縱、管理及游覽觀光人員)缺乏有效的安全保障手段，一旦水下作業(yè) 設備發(fā)生海難失事，無法發(fā)出水聲報警信號，也就不能向搜尋和營救船只發(fā)出水聲引導或定位信號。
(3) 現(xiàn)有的水聲通信設備或水下聲應答裝置沒有實時記錄水下航行體的操控人員在海難發(fā)生時的報告和事故應對的話音，使水下作業(yè)裝置事后海事分析缺乏有效的原始錄音資料。
(4) 現(xiàn)有的水聲通信設備體積大，不適宜在小型水下作業(yè)裝置上配備。
(5) 現(xiàn)有的水聲通信設備或水下聲應答裝置在主電源斷電后，就無法工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種水下聲通信和報警方法及其裝置，裝備在海洋、湖泊和水庫中的水下作業(yè)裝置(如全潛式觀光潛水艇、潛器、機器魚)與相關(guān)的水面指揮船舶或碼頭控制臺站。
本發(fā)明提供的水下聲通信和報警裝置的通信和報警兩種工作方式，均采用一種通信體制，優(yōu)先采用單邊帶制式，共用調(diào)制解調(diào)電路，電路簡捷，裝置易于小型化，既可構(gòu)成水下聲通信通道，同時對通信內(nèi)容全程錄音，為可能偶然發(fā)生的事故分析存儲原始信息，又可提供失事報警通道。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是-.
一種水下聲通信和報警方法，在于水下聲通信和報警的方法包括以下
步驟
l)首先為監(jiān)控水域內(nèi)的水下航行體安裝水下聲通信和報警裝置A，同時在相關(guān)水下航行體、水面航行體或岸上控制臺站也安裝水下聲通信和報
警裝置B，通過水下電話或電報的時間異步雙向通信以及單向報警，溝通
水下航行體之間以及水下航行體與換能器處于水線下的水面航行體或岸上
控制臺站之間的通信與報警；
2)水下航行體與相關(guān)水下航行體、水面航行體或岸上控制臺站安裝的水下聲通信和報警裝置A與B滿足下列要求
a. 采用相同的水下聲通信與報警體制；
b. 至少由操縱控制臺和終端盒A1與B1、水聲發(fā)射系統(tǒng)A2與B2、水聲接收系統(tǒng)A3與B3和錄音系統(tǒng)A5與B5以及水下聲系統(tǒng)A4與B4分系統(tǒng)構(gòu)成，在操縱控制臺和終端盒上至少設置有電源、工作方式、工作狀態(tài)、發(fā)射功率選擇、錄音控制的開關(guān)以及手控話筒或發(fā)報電鍵、可自鎖的報警按鍵和揚聲器、耳機；
c. 水下聲系統(tǒng)A4與B4以水為傳輸介質(zhì)，以水聲換能器為能量轉(zhuǎn)換部件，實現(xiàn)電-聲能量轉(zhuǎn)換或聲-電能量轉(zhuǎn)換，水聲換能器采用收發(fā)兩用的全向換能器或者分置的發(fā)射換能器與接收換能器，工作時水聲換能器置于水線 1 3m以下；
d. 裝置的水聲發(fā)射系統(tǒng)A2與B2和水聲接收系統(tǒng)A3與B3均采用壓縮帶寬、高效節(jié)能的單邊帶技術(shù)，水聲發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送經(jīng)單邊帶調(diào)制的話音信號或雙頻編碼信號，水聲接收系統(tǒng)把接收的單邊帶調(diào)制的話音信號或雙頻信號作解調(diào)處理，還原為音頻的語音或間隔有序的報警音或電報報文音，通過終端進行聽覺或視覺指示；
e. 報警信號采用多組編碼脈沖，報警信號編碼脈沖具有清晰的報警音和鮮明的個性特征，當監(jiān)控水域內(nèi)有多個水下航行體時，給每個水下航行體分配不同的報警信號編碼，依據(jù)接收到的編碼報警音來區(qū)分不同的水下航行體；
f. 水下聲通信和報警裝置設置有"自檢"狀態(tài)，無論換能器處于水線以上或水線以下，通過"自檢"狀態(tài)開關(guān)選擇負載為水下聲系統(tǒng)的"假負載"并對發(fā)射信號取樣，通過對"假負載"下各種工作方式的發(fā)射與接收, 進行全系統(tǒng)運行狀態(tài)的自檢，以便確認裝置處于正常工況；
g. 水下和水面航行體所配裝置的錄音系統(tǒng)的外殼應水密和耐壓，錄音系統(tǒng)的錄音器為大容量，并且錄音信號可回放或提取；h.水下聲通信和報警裝置應電路簡捷，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠高效，節(jié)能低耗，水聲發(fā)射和水聲接收以及錄音系統(tǒng)的電路，實行各種工作方式下除發(fā) 射信號源與相關(guān)控制開關(guān)外的水聲發(fā)射和水聲接收的電路最佳共用； i.通信和報警發(fā)射控制時向水聲發(fā)射系統(tǒng)的功放加載高壓； j.裝置配備水聲報警備用電源，在主電源斷電時自動切換到備用電源供電在接通配電電源和裝置關(guān)機的狀態(tài)下，裝置的水聲報警備用電源能處于自動充電狀態(tài)；
3) 當水下航行體進入水下作業(yè)時，水下航行體和與其相關(guān)的水下航行體或水面航行體或岸上控制臺站安裝的水下聲通信和報警裝置A與B都應開機，處于通話工作方式的值守狀態(tài)；
4) 水下聲通信和報警裝置A與B中任一裝置發(fā)話或發(fā)報或報警，另一裝置在通話工作方式下都可接收并收聽電話或電報或報警的音頻信號；
5) 當水下航行體進入水下作業(yè)時，應將終端盒上的錄音開關(guān)置于"錄" 擋，錄音系統(tǒng)對水下航行體與水面航行體或岸上控制臺站之間的"通信" 和"報警"過程中的所有話音或報音和報警音進行線路錄音；
6) 當發(fā)生海難事故必須"報警"時，手動按下操縱臺的"報警"按鍵，啟動規(guī)定編碼的和固定間隔的連續(xù)報警，直至手動再按"報警"鍵后撤消
"報警"，在連續(xù)報警N次報警后，如仍需報警，應手動切換功率選擇開關(guān) 置于"小"功率擋，使裝置工作在低功耗、間歇式的水聲報警發(fā)射狀態(tài)；
7) 當水下聲通信和報警裝置的主電源斷電時，裝置自動切換到備用電源，保證在小功率下的間歇發(fā)射水聲報警信號的連續(xù)工作M小時的供電；
8) 相關(guān)水下或水面航行體的水下聲通信和報警裝置B接收到作業(yè)水下航行體聲通信和報警裝置A發(fā)送的水聲報警信號，以它提供的水聲報警信號為水聲定位信號，實施水下搜尋和救援；
9) 在海事處理階段，聲通信和報警裝置A開機，將終端盒上的錄音開關(guān)置于"放"擋，回放錄音系統(tǒng)存儲的水下航行體處于水下作業(yè)時間段內(nèi) 完整的錄音信號，可為水下航行體安全事故的分析與判斷提供原始錄音數(shù) 據(jù)；
10)水下聲通信和報警裝置完成水下作業(yè)后關(guān)機，裝置在合上配電
電源的狀態(tài)下，對水聲報警備用電源自動進行充電，使裝置的備用電源在下一航次水下作業(yè)前充滿電。
所述方法的水下聲通信和報警裝置，在于該裝置包括操縱臺1、水聲
發(fā)射系統(tǒng)2、水聲接收系統(tǒng)3、水下聲系統(tǒng)4、終端盒5、錄音系統(tǒng)6和電
源7;
該裝置設置水下聲通信和聲報警工作方式，兩工作方式均采用單邊帶通信體制，裝置電路的構(gòu)成除水聲發(fā)射系統(tǒng)分設通信信號源和報警信號源
外，兩工作方式公用操縱臺l、水聲發(fā)射系統(tǒng)2、水聲接收系統(tǒng)3、水下聲系統(tǒng)4、終端盒5、錄音系統(tǒng)6和電源7，其中
操縱臺1與水聲發(fā)射系統(tǒng)2、水聲接收系統(tǒng)3、終端盒5和錄音系統(tǒng)6 相連接，水下聲系統(tǒng)4與水聲發(fā)射系統(tǒng)2的輸出端及水聲接收系統(tǒng)3的輸入端相連接，水聲接收系統(tǒng)3連接錄音系統(tǒng)6，電源7為各子系統(tǒng)供電；
操縱臺1上設置有電源Kl開關(guān)11、工作方式K2開關(guān)12、功率選擇 K3開關(guān)13、工作狀態(tài)K4開關(guān)14、指示組15、報警Al按鍵16;工作方式K2可設置"通話"、"通報"和"報警"三種方式，優(yōu)選設置"通話"和 "報警"兩種方式；功率選擇開關(guān)K3可設置2 3擋，優(yōu)選設置"全"功率和"小"功率兩擋；工作狀態(tài)開關(guān)K4設置"工作"和"自檢"兩種狀態(tài)。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于水下聲通信和報警裝置的通信和報警工作方式公用一個水聲發(fā)射系統(tǒng)2電路，水聲發(fā)射系統(tǒng)2包括通信信號源21、報警信號源22、帶通濾波器23、單邊帶解調(diào)電路24、功放輸入信號分壓器25、發(fā)射加電控制器26、線性功率放大器27和功率匹配電路28，其中
通信信號源21可用電話信號源或電話和電報兩個信號源，優(yōu)選采用電話信號源；電話信號源21和報警信號源22的輸出連接操縱臺1的工作方式K2，由工作方式K2控制，選擇一路信號源接通發(fā)射系統(tǒng)輸入端的帶通濾波器23;
單邊帶調(diào)制電路24的單邊帶調(diào)制器241的信號輸入端連接帶通濾波器23的輸出端，單邊帶調(diào)制器241的載頻信號輸入端接在f。載頻本振243 輸出端，其輸出端連接單邊帶濾波器242的輸入端，單邊帶濾波器242輸出調(diào)制信號帶寬壓縮一半的發(fā)射信號，單邊帶調(diào)制電路24的輸出端接到功放輸入信號分壓器25;
信號功放電路包括信號分壓器25、發(fā)射加電控制器26、線性功率放大器27和功率匹配電路28;發(fā)話控制端Ft或發(fā)報警控制端&接在發(fā)射加電控制器26控制端，發(fā)射加電控制器26輸出端連接線性功率放大器27的電源端，發(fā)射加電控制器26控制端有發(fā)話按下發(fā)話按鈕或報警時按下報警按鍵控制信號，給線性功率放大器27加載電壓Vp。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于水下聲通信和報警裝置的通信和報警工作方式公用一個水聲接收系統(tǒng)3電路，錄音系統(tǒng)6的錄音和回放公用水聲接收系統(tǒng)3的音頻收聽電路，其中
所述的水聲接收系統(tǒng)3包括前置放大器31、 AGC自動增益控制放大器 32、單邊帶解調(diào)電路33、帶通濾波器34、音頻放大器35和收聽音頻功放 36，水聲接收系統(tǒng)3的輸入端經(jīng)操縱臺1工作狀態(tài)開關(guān)K4連接水下聲系統(tǒng) 4;
前置放大器31輸出端連接AGC自動增益控制放大器32的輸入端， AGC自動增益控制放大器32輸出端連接單邊帶解調(diào)電路33輸入端，單邊帶解調(diào)電路33輸出端連接帶通濾波器34輸入端，通濾波器34輸出端連接音頻放大器35輸入端，音頻放大器35輸出端經(jīng)終端盒5的音量調(diào)整K6連接收聽音頻功放36，收聽音頻功放36輸出連接終端盒5的揚聲器31和耳機59;
單邊帶解調(diào)電路33的單邊帶調(diào)制器332信號端和載頻端分別連接的單邊帶濾波器331邊帶載頻信號輸出端和載頻本振333本振輸出端，單邊帶濾波器331的信號輸入端連接AGC放大器32輸出端，其單邊帶調(diào)制器332 的載頻信號輸出端連接帶通濾波器34輸出端；
所述的錄音系統(tǒng)6包括錄音器61，錄音分壓器62,錄音回放輸出端63，
其中
錄音系統(tǒng)6的輸入端接自水聲接收系統(tǒng)3的收聽音頻功放36輸出端，錄音器61的控制端連接終端盒5的錄音幵關(guān)K5，其信號端連接錄音分壓器62分壓端；
錄音系統(tǒng)6的回放受終端盒5的錄音開關(guān)K5控制，錄音回放輸出端 63接到水聲接收系統(tǒng)3音頻放大器35輸入端，經(jīng)音量調(diào)整K6和收聽音頻功放36輸出端，接至終端盒5的揚聲器和耳機。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于該裝置的水下聲系統(tǒng)4包括換能器41、工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42、收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43、假負載44和自檢取樣電路45，其中
換能器41為收發(fā)兩用的全向水聲換能器或收發(fā)分置的兩個水聲換能器，優(yōu)選采用收發(fā)兩用全向圓柱換能器作為裝置的聲-能轉(zhuǎn)換部件，換能器 41在水中的工作深度至少在1 3米以下；
工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42包括發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421和接收信號轉(zhuǎn)接器422，發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421有兩個輸出端分別連接換能器41和假負載44，接收信號轉(zhuǎn)接器422的兩個輸入端分別連接收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43和自檢取樣電路 45，其輸出端送水聲接收系統(tǒng)3輸入端；
工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42的發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421和接收信號轉(zhuǎn)接器422為繼電器觸點組或電子開關(guān)組件，操縱臺1工作狀態(tài)開關(guān)K4 "自檢"擋和"工作"擋控制其轉(zhuǎn)換；
收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43為一組二極管開關(guān)電路，其輸入端接自水聲發(fā)射系統(tǒng)2輸出端，其輸出端并聯(lián)連接發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421和接收信號轉(zhuǎn)接器 422的輸入端，由加在二極管組的發(fā)射信號或接收信號的強弱使其通斷，而收發(fā)自動轉(zhuǎn)接；
假負載44為模擬換能器的阻性功率負載，操縱臺1上工作狀態(tài)開關(guān) K4 "自檢"擋的觸點，控制工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42的負載轉(zhuǎn)換和接收信號的轉(zhuǎn) 換，接入假負載44和自檢取樣電路45，假負載44 一端連接到發(fā)射負載轉(zhuǎn) 接器421的一個輸出端，另一端經(jīng)自檢取樣電路45接地；
自檢取樣電路45為微小的阻性負載，其一端連接假負載44，并接到接收信號轉(zhuǎn)接器422的輸入端，另一端接地；在"自檢"狀態(tài)下，假負載 44和自檢取樣電路45的分壓輸出端釆集到各種工作方式發(fā)射時的自檢信號，經(jīng)接收信號轉(zhuǎn)接器422接到水聲接收系統(tǒng)3輸入端。
所述的水下聲通信和報警裝置，終端盒5設置有揚聲器51，耳機插孔 52，音量調(diào)整53，手持開關(guān)話筒54，話筒插孔55和耳機59，在于設置有錄音K5開關(guān)56，有"開"、"放"和"關(guān)，，三擋，其"開"或"關(guān)" 擋控制錄音器開啟和供電，或關(guān)閉錄音器，其"放"擋控制錄音器供電和回放錄音信號。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于錄音系統(tǒng)6的錄音器61置于外殼水密和耐壓的水密耐壓盒65內(nèi)，連接終端盒5和錄音器61的水密電纜 63用水密管接64接入水密耐壓盒65，錄音器61為小尺寸、大容量的存儲器，能滿足水下聲通信和報警裝置通信和報警信號實時錄音的存儲容量要求，錄音器61有錄音信號輸入端和錄音信號回放輸出端以及電源端，水密耐壓盒65由水密耐壓盒固定孔及緊固件66固定在航行器艙內(nèi)；
錄音器61經(jīng)水密電纜63的錄音信號輸入線67連接錄音分壓器62，水密電纜63的錄音信號出線68、電源線69和地線70分別接到終端盒5的錄音開關(guān)K5;
所述的錄音器水密耐壓盒外殼65的外形結(jié)構(gòu)包括橢圓形、矩形、方形或圓形，水密耐壓盒外殼65和水密管接64用鋼材制成，錄音器周圍用耐壓硬質(zhì)泡末塑料加固和壓緊。
所述的水下聲通信和報警裝置，電源7包括交流整流電源71以及電源開關(guān)K111和配電開關(guān)K 101，在于還有備用直流電源72和一個電源自控轉(zhuǎn)換器73，其中-
電源自控轉(zhuǎn)換器73為繼電器或二選一電子開關(guān)，優(yōu)先采用繼電器；交流整流電源71輸入端連接220V交流配電開關(guān)K 101,其輸出接到電源開關(guān)Kl的一刀開關(guān)的"開"擋觸點K14，備用直流電源72的電源端連接電源開關(guān)K1的二刀開關(guān)的"公共"觸點K^，一刀開關(guān)的"開"擋觸點Kw
與二刀開關(guān)的"關(guān)"擋觸點K2—2短接并與電源自控轉(zhuǎn)換器73繼電器^線包的控制端相連；
電源自控轉(zhuǎn)換器73的兩個電源供電端Zw和ZL2分別經(jīng)一刀開關(guān)的"公共"觸點K^與二刀開關(guān)的"開"擋觸點Ku與交流整流電源71和備用直流電源72相連，電源自控轉(zhuǎn)換器73的輸出端Z^連接裝置負載的電源端；
電源開關(guān)K1置于"開"時，交流整流電源71向負載供電，當交流整流電源71掉電時，電源自控轉(zhuǎn)換器73從交流整流電源71自動轉(zhuǎn)換到備用直流電源72，由備用直流電源72繼續(xù)向負載供電；
在電源開關(guān)Kl "關(guān)"后，配電開關(guān)K 保持合上，交流整流電源71 自動對備用直流電源72充電。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于水聲發(fā)射系統(tǒng)2的報警信號源 22包括報警信號編碼形成器221，報警信號的編碼選擇開關(guān)222，警音調(diào)制輸出或門223與報警按鍵224，其中
報警信號編碼形成器221為一種基于二極管編碼矩陣的脈沖形成電路，形成多組"長"和"短"脈沖規(guī)則分布的報警信號編碼輸出接點，報警信號編碼形成器221的輸出分為"長"脈沖和"短"脈沖兩路輸出；
報警信號編碼選擇開關(guān)222為多擋波段開關(guān)或多路選一電子開關(guān)，由人工選定報警信號編碼，報警信號編碼選擇開關(guān)222的觸點或接點按選定連接報警信號編碼形成器221編碼矩陣輸出接點；
警音調(diào)制輸出或門223包括一路^音頻調(diào)制器、一路f2音頻調(diào)制器和
一路輸出或門，A音頻調(diào)制器和f2音頻調(diào)制器的控制端分別連接報警信號
編碼形成器221的兩路報警編碼輸出端，兩路音頻調(diào)制器的輸出端接到輸出或門的兩路輸入端，警音調(diào)制輸出或門223的輸出端連接到操縱臺1的工作方式開關(guān)K2，警音調(diào)制輸出或門的輸出為經(jīng)兩路音頻調(diào)制合成的調(diào)制信號。
所述的水下聲通信和報警裝置，在于通信和報警兩種工作方式均設
置有自檢方式，通過操縱臺上的工作狀態(tài)K4選擇"自檢"擋，水聲發(fā)射系統(tǒng) 2的收發(fā)自動轉(zhuǎn)接211連接水下聲系統(tǒng)4的假負載42，水聲接收系統(tǒng)3前置放大器31的輸入接通水下聲系統(tǒng)4的自檢取樣電路；以及通過對工作方式K4的選擇，對通信和報警兩種工作方式的包含信號源的水聲發(fā)射系統(tǒng) 和水聲接收系統(tǒng)的電路進行完整的功能性檢查；自檢時，功率選擇K3優(yōu)選置于"小"功率擋。
本發(fā)明的實質(zhì)性效果-
(1) 本發(fā)明提出的水下作業(yè)設備與水面指揮船舶或碼頭控制臺站之間的水下聲通信聯(lián)絡和失事報警的方法與裝置，符合現(xiàn)代船檢對水下作業(yè)設備的水下作業(yè)必須配備有效的安全措施的要求。
(2) 本發(fā)明提出的水下聲通信和報警方法及其裝置，為水下作業(yè)裝置的乘員(包括操縱、管理及游覽觀光人員)提供一種安全保障手段，一旦水下作業(yè)設備發(fā)生海難失事，可以及時發(fā)出報警信號，并以此向搜尋和營救船只提供按固定間隔連續(xù)發(fā)送的引導或定位信號。
(3) 本發(fā)明提出的水聲聲通信與報警裝置配置有外殼水密和耐壓性能良好的錄音器，實時記錄水下航行體的操控人員使用水聲通信與報警裝置在海難發(fā)生時的報告和事故應對的話音和報警的音頻錄音信號，為水下作業(yè)裝置事后海事分析提供有效的原始錄音憑證資料。
(4) 本發(fā)明提供水下聲通信和報警兩種工作方式，均采用單邊帶通信制式，共用調(diào)制解調(diào)電路，共用水聲發(fā)射系統(tǒng)和水聲接收系統(tǒng)，電路簡捷，裝置體積小，適宜在小型水下作業(yè)裝置上配備。
(5) 本發(fā)明提供水下聲通信和報警裝置的配置有水聲報警備用電源，并具有主電源斷電后自動轉(zhuǎn)換水聲報警備用電源供電及裝置關(guān)機后對備用電源自動充電的功能，提高了水下作業(yè)設備在海事發(fā)生后的報警能力。

圖1為本發(fā)明水下聲通信和報警方法示意圖2為本發(fā)明水下聲通信和報警方法及其裝置原理示意圖3為本發(fā)明采用水下聲通信和報警方法的裝置組成示意框圖；圖4為本發(fā)水下聲通信和報警方法及其裝置操縱臺面板示意圖；圖5為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置終端盒面板示意圖；圖6為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例水聲發(fā)射系統(tǒng)原理框圖；圖7為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例水聲接收系統(tǒng)與錄音系統(tǒng) 原理框圖8為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置帶水密和耐壓外殼錄音器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例水下聲系統(tǒng)原理框圖；圖10為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例電源自動轉(zhuǎn)換和充電控制原理框圖11為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例通信信號源和報警信號源原理框圖12為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置的報警信號編碼形成波形示意圖。
圖5中51—揚聲器、54—手持開關(guān)話筒、57—發(fā)話按鈕、58—話筒線和插頭、59—耳機、60—耳機線和插頭。
圖8中61一錄音器、62—錄音分壓器、63—水密電纜、64—水密管接、65—水密耐壓盒、66~水密耐壓盒固定孔及緊固件、67—錄音信號輸入線、68—錄音信號出線、69—電源線、70~地線。
具體實施例方式
圖1和圖2給出了本發(fā)明水下聲通信和報警方法及其裝置配置原理示意圖。水系航行體和水面指揮船或碼頭控制臺站必須配置采用相同通信和報警體制、以水為傳輸介質(zhì)的水下聲通信和報警裝置A與B，裝置A的水聲發(fā)射系統(tǒng)A2發(fā)送經(jīng)載頻調(diào)制的話音或電報或雙頻報警編碼信號，通過水下聲系統(tǒng)A4作電-聲能量轉(zhuǎn)換成水聲載頻信號，通過水介質(zhì)傳輸，到達裝置B的水下聲系統(tǒng)B4并進行聲-電能量轉(zhuǎn)換成載頻電信號，送到水聲接收系統(tǒng)B3，把接收到的調(diào)制話音或電報或雙頻報警信號作解調(diào)處理，還原為音頻的語音或間隔有序的報音或報警音，通過終端進行聽覺或視覺指示，完成裝置A信息向裝置B的傳遞。
同樣，裝置B發(fā)射，裝置A接收，完成裝置B信息向裝置A的傳遞，從而實現(xiàn)時間異步的雙向通信，溝通水下航行體之間以及水下航行體與換能器處于水線下的水面航行體或碼頭控制臺站之間的電話、電報通信或報
水下航行體遇到事故或海難時，通過水下聲通信和報警裝置A的水聲發(fā)射系統(tǒng)A2和水下聲系統(tǒng)A4發(fā)出水聲報警信號，此時，在同一監(jiān)控水域的相關(guān)水下航行體或水面航行體或碼頭控制臺站水下聲通信和報警裝置B 的水下聲系統(tǒng)B4和水聲接收系統(tǒng)B3就可接收到水下失事航行體的報警信號，報警信號為實施搜尋和救援提供有效的水聲定位信息。
圖3給出了本發(fā)明采用水下聲通信和報警方法的裝置組成示意框圖，水下聲通信和報警裝置至少包括括操縱臺1、水聲發(fā)射系統(tǒng)2、水聲接收系統(tǒng)3、水下聲系統(tǒng)4、終端盒5、錄音系統(tǒng)6和電源7。
下面結(jié)合圖4 11對技術(shù)方案和實施例作進一步的詳細描述。
圖4和圖5是本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例的操縱臺面板和終端盒面板示意圖。
操縱臺1上設置有電源Kl開關(guān)11、工作方式K2開關(guān)12、功率選擇 K3開關(guān)13、工作狀態(tài)K4開關(guān)14、指示組15、報警Al按鍵16。工作方式K2可設置"通話""通報"和"報警"三種方式，本實施例采用"通話"和"報警"兩種方式。功率選擇開關(guān)K3設置"全"功率和"小"功率兩擋。工作狀態(tài) 開關(guān)K4設置"工作"和"自檢"兩種狀態(tài)。
報警按鍵A1是自鎖按鍵，在工作方式K2置于"報警"擋，按一下自鎖報警按鍵A1—直保持"報警"，啟動按固定間隔連續(xù)發(fā)射水聲報警信號，再次按下報警按鍵A1，解鎖撤消"報警"。
終端盒5上設置有錄音K5開關(guān)56、音量調(diào)整K6幵關(guān)53，以及揚聲器51、手持話筒54、話筒插孔55、耳機59和耳機插孔52。錄音開關(guān)K5
設置有"錄"、"放"和"關(guān)"三擋，手持話筒54帶發(fā)話按鈕57。
圖6是本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例的水聲發(fā)射系統(tǒng)原理框圖。水聲發(fā)射系統(tǒng)2包括通信信號源21、報警信號源22、帶通濾波器23、單邊帶解調(diào)電路24、功放輸入信號分壓器25、發(fā)射加電控制器26、線性功率放大器27和功率匹配電路28。
工作方式開關(guān)K2可設置"通話"、"通報"、"報警"方式，本實施例工作方式開關(guān)K2設置"通話"和"報警"兩工作方式，水聲發(fā)射系統(tǒng)2的通信信號源21選用電話信號源；電話信號源21和報警信號源22的輸出端連接操縱臺1的工作方式K2，帶通濾波器23的輸入端連接工作方式K2開關(guān)12的公共端，通過操縱工作方式開關(guān)K2置于"發(fā)話"擋或"報警"擋，選擇通話信號源或報警信號源連接水聲發(fā)射系統(tǒng)2帶通濾波器23的輸入端；水聲發(fā)射系統(tǒng)2的輸出端連接受操縱臺1的工作狀態(tài)K4開關(guān)14控制，通過工作狀態(tài)開關(guān)K4置于"工作"擋和"自檢"擋，選擇水聲發(fā)射系統(tǒng)2的功率匹配電路28輸出端連接到水下聲系統(tǒng)4的換能器或假負載，同時控制選擇假負載上自檢取樣信號或換能器信號送到水聲接收系統(tǒng)3的輸入端；水聲發(fā)射系統(tǒng)2的發(fā)射功率受操縱臺1的功率選擇K4開關(guān)14的控制，水聲發(fā) 射系統(tǒng)2的功放輸入信號分壓器25的"大"、"小"兩個輸出端分別連接功率選擇開關(guān)K3的"全"功率擋或"小"功率擋觸點，通過功率選擇開關(guān) K3置于"全"功率擋或"小"功率擋，控制水聲發(fā)射系統(tǒng)2線性功率放大器27輸入信號的大或小，來控制其輸出"全"功率或"小"功率。
終端盒話筒插孔55的控制接點和操縱臺報警Al按鍵16的控制接點，分別接到水聲發(fā)射系統(tǒng)2發(fā)射加電控制器26的二選一或門輸入端，發(fā)射加電控制器26的輸出端連接線性功率放大器27的電源端，線性功率放大器 27的輸出端接至功率匹配電路28的輸入端。
當工作方式開關(guān)K2置于"通話"擋時，按下話筒發(fā)話按鈕57，話音信號經(jīng)話音放大器、工作方式開關(guān)K2"通話"觸點和帶通濾波器23，接通單邊帶調(diào)制電路24，經(jīng)單邊帶調(diào)制器241與fo載頻本振調(diào)制和單邊帶濾波器242 濾波的單邊帶調(diào)制輸出經(jīng)發(fā)射信號分壓器25和功率選擇開關(guān)K3控制，把單邊帶調(diào)制電話信號加到線性功率放大器27的信號端，按下話筒發(fā)話按鈕57的同時，發(fā)話按鈕57的一個觸點連接+5V電源，另一觸點連接發(fā)話控制線F1，將+5V加到發(fā)射加電控制器26二選一或門的一個輸入端，發(fā)射加電控制器26受控把電壓VF加給線性功率放大器27，通過線性功率放大器27放大和功率匹配電路28匹配向水下聲系統(tǒng)負載發(fā)射水聲單邊帶調(diào)制電話信號。當松開話筒按鈕，立即停止發(fā)射水聲單邊帶調(diào)制電話信號。
報警工作方式與通信工作方式公用水聲發(fā)射系統(tǒng)2除信號源外的電路，當工作方式開關(guān)K2置于"報警"擋時，按下報警按鍵A1，"報警"按鍵觸點閉合，報警信號經(jīng)工作方式開關(guān)K2接通帶通濾波器23和單邊帶調(diào)制電路 24，經(jīng)單邊帶調(diào)制器241與fo載頻本振調(diào)制和單邊帶濾波器242濾波的單邊帶調(diào)制輸出經(jīng)發(fā)射信號分壓器25和功率選擇開關(guān)K3控制，把單邊帶調(diào) 制報警信號加到線性功率放大器27的信號端，按下報警按鍵Al的同時，報警按鍵Al的一個觸點連接+5V電源，另一觸點連接發(fā)報警控制線F2，將+5V加到發(fā)射加電控制器26 二選一或門的一個輸入端，發(fā)射加電控制器 26受控把高壓Vp加給線性功率放大器27，通過線性功率放大器27放大和功率匹配電路28匹配向水下聲系統(tǒng)負載發(fā)射水聲單邊帶調(diào)制報警信號。當再次按下報警按鍵Al，立即停止發(fā)射水聲單邊帶調(diào)制報警信號。
功率選擇K3開關(guān)13，設置"全"功率和"小"功率兩擋，功率選擇開關(guān) K3的公共端連接線性功率放大器27信號輸入端，"全"功率擋觸點連接信號分壓器大信號輸出端，"小"功率擋觸點接連信號分壓器小信號輸出端；通過選擇控制水聲發(fā)射系統(tǒng)2線性功率放大器27的輸入信號幅度，控制其"全" 功率或"小"功率發(fā)射。當置于"全"功率擋時，線性功率放大器放大量為最佳功率，當置于"小"功率擋時，線性功率放大器放大量為最佳功率的1/10, 有利于節(jié)省電耗，可大幅度延長工作時間，在"報警"情況下，可為搜尋和救援工作贏得寶貴的時間，在"自檢"狀態(tài)下，置于"小"功率擋，1/10功率己滿足自檢要求。
單邊帶調(diào)制器241、單邊帶濾波器242和fo載頻本振243構(gòu)成單邊帶調(diào) 制電路24，由帶通濾波器23輸出的話音或報警編碼音頻和fo載頻本振243 輸出的fo載頻輸入到單邊帶調(diào)制器241的信號輸入端和載頻輸入端，經(jīng)單邊帶調(diào)制器241調(diào)制后輸出攜帶同樣調(diào)制信息的上和下兩個邊帶載頻信號，經(jīng)單邊帶濾波器242濾波，其通帶為fo+300Hz fo+3kHz，濾除下邊帶調(diào)制頻信信號，單邊帶調(diào)制電路24輸出上邊帶調(diào)制載頻信號，將送到線性功率放大器27的調(diào)制載頻信號帶寬壓縮一半，節(jié)省發(fā)射功耗，提高發(fā)射功效。
圖7給出了本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例水聲接收系統(tǒng)與錄音系統(tǒng)原理框圖。結(jié)合圖4、 5、 7詳細描述水聲接收系統(tǒng)3的工作過程。水聲接收系統(tǒng)3由前置放大器31、 AGC自動增益控制放大器32、單邊帶解調(diào) 電路33、帶通濾波器34、音頻放大器35和收聽音頻功放36構(gòu)成。水聲接收系統(tǒng)3的輸入端經(jīng)操縱臺1工作狀態(tài)開關(guān)K4連接水下聲系統(tǒng)4。
電話和報警兩工作方式公用一套水聲接收系統(tǒng)，當工作方式K2置于 "通話"擋時，可以接收水下傳輸過來并經(jīng)水下聲系統(tǒng)4的電話或報警信號，并作相應的處理。單邊帶解調(diào)電路33輸出順序連接帶通濾波器34和音頻放大器35，收聽音頻功放36輸入端經(jīng)終端盒5音量調(diào)整相連接，其輸出的音頻信號接到終端盒5的揚聲器和耳機。經(jīng)過單邊帶濾波器331濾波，把通帶為fo+300Hz fo+3kHz的單邊帶載頻信號送到單邊帶調(diào)制器332的信號輸入端和載頻本振333送來的fo載頻，通過單邊解調(diào)電路33作解調(diào)處理和帶通濾波器34濾波，輸出攜帶音頻信息的信號，經(jīng)音頻放大器35放大和終端盒5音量調(diào)整開關(guān)K6調(diào)節(jié)音量，再經(jīng)收聽音頻功放36放大，送終端盒5的揚聲器耳機或收聽。
揚聲器51與耳機59的信號+端分別接在耳機插孔52的常閉觸點和常開觸點，信號-端并聯(lián)，耳機插孔52的公共端和信號-端分別連接水聲接收系統(tǒng)3的收聽音頻功放36的輸出+端和-端，不插耳機時用揚聲器51收聽，當耳機59插頭60插入耳機插孔52，則斷開揚聲器用耳機59收聽。
結(jié)合圖4、 5、 7、 8詳細描述錄音系統(tǒng)6的工作過程。終端盒5的錄音 K5開關(guān)56有"錄"、"放"和"關(guān)"三擋；水密電纜63的錄音信號輸入線 67經(jīng)錄音分壓器62接在水聲接收系統(tǒng)3收聽音頻功放36的輸出端，錄音開關(guān)K5 "錄"擋觸點連接+5V電源，公共觸點通過水密電纜63的電源線
69接到錄音器61的電源端；錄音開關(guān)K5 "放"擋的一組觸點與"錄"擋觸點并聯(lián)接+5V電源，另一組觸點通過水密電纜63的錄音信號出線68將錄音器61的錄音回放輸出端63接通水聲接收系統(tǒng)3的音頻放大器35輸入端，回放錄音信號經(jīng)音量調(diào)整K6、收聽音頻功放36，通過揚聲器51或耳機59收聽；錄音開關(guān)K5置于"關(guān)"擋時，斷開+5V電源，錄音器61停止錄
音
錄音系統(tǒng)6公用了水聲接收系統(tǒng)3的音頻放大收聽通道電路，裝置開機后，將錄音幵關(guān)K5從"關(guān)"擋置于"錄"擋時，接通控制錄音器供電，開啟錄音系統(tǒng)，將水聲接收系統(tǒng)3的收聽音頻放大36輸出的音頻信號與時間同步錄音；將置于"放"擋時，控制錄音器供電并將錄音器的音頻錄音信號從錄音回放輸出端63經(jīng)錄音開關(guān)K5 "放"擋觸點送水聲接收系統(tǒng)3收聽電路放大，通過揚聲器51或耳機59回放；錄音開關(guān)K5置于"關(guān)"擋時，斷開錄音器供電，關(guān)閉錄音系統(tǒng)。
圖8給出了本發(fā)明水下聲通信和報警裝置帶水密和耐壓外殼錄音器一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。錄音器61水密和耐壓外殼65的外形結(jié)構(gòu)除本實施例為橢圓形外，還可以是矩形、方形、圓形。水密耐壓盒外殼65和水密管接64用鋼材制成，錄音器周圍用耐壓硬質(zhì)泡末塑料加固耐壓和壓緊防震。
圖9為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例水下聲系統(tǒng)原理框圖，用圖9并結(jié)合圖4- 7描述水下聲系統(tǒng)的工作過程。
水下聲系統(tǒng)4包括換能器41、工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42、、假負載44和自檢取樣電路45;水下聲系統(tǒng)4主要任務是實現(xiàn)聲-電和電-聲能量轉(zhuǎn)換，換能器41是裝置的聲-能轉(zhuǎn)換重要部件，通常采用收發(fā)兩用全向水聲換能器或收發(fā)分置的兩個水聲換能器，小型化的裝置優(yōu)選采用收發(fā)兩用全向圓柱換能器，換能器41安裝在水下航行體的艇橋或艇艏，在水面指揮船或碼頭控制臺站換能器41安裝在升降設備上，換能器置于導流體內(nèi)，其在水中的工作深度至少在1 3米以下；收發(fā)兩用全向圓柱換能器41的聲-電和電-聲能量轉(zhuǎn)換是由受操縱臺1的工作狀態(tài)開關(guān)K4控制的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42和收發(fā) 自動轉(zhuǎn)接器43來實現(xiàn)。工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42的發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421和接收
信號轉(zhuǎn)接器422為繼電器觸點組，操縱臺1的工作狀態(tài)開關(guān)K4 "自檢" 擋和"工作"擋控制其轉(zhuǎn)換;收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43為一組二極管開關(guān)電路，由加在開關(guān)二極管組上的信號強弱控制其自動轉(zhuǎn)接；
當操縱臺1的工作狀態(tài)開關(guān)K4置于"工作"擋時，工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器 42繼電器的發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421將收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43的發(fā)射信號端接通全向收發(fā)兩用水聲換能器41，若操縱臺1有發(fā)話或發(fā)報警控制，水聲發(fā)射系統(tǒng)2輸出的功率發(fā)射載頻信號加在收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43上，使開關(guān)二極管組導通，于是水聲發(fā)射系統(tǒng)2輸出的功率發(fā)射載頻信號直通發(fā)射負載轉(zhuǎn) 接器421常閉觸點加到水聲換能器41，水聲換能器41將功率發(fā)射載頻信號電-聲轉(zhuǎn)換成聲信號，通過水介質(zhì)以球面波輻射出去，收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43 開關(guān)二極管組導通的同時，將水聲接收系統(tǒng)3輸入端短路屏蔽掉。
若操縱臺1無發(fā)話或發(fā)報警控制，水聲發(fā)射系統(tǒng)2輸出也無功率發(fā)射載頻信號加在收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43上，使開關(guān)二極管組截止，水聲發(fā)射系統(tǒng)2輸出斷開與水聲換能器41的連接，水聲換能器41通過發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421常閉觸點經(jīng)收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43和接收信號轉(zhuǎn)接器422，接通水聲接收系統(tǒng)3輸入端，如水聲換能器41接收到水聲電話或報警載頻信號，并將載頻信號聲-電轉(zhuǎn)換成電信號，便通過發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421常閉觸點、收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43和接收信號轉(zhuǎn)接器422送到水聲接收系統(tǒng)3輸入端處理。
當操縱臺1工作狀態(tài)開關(guān)K4置于"自檢"擋時，控制工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器 42的發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器421公共觸點轉(zhuǎn)換使常開觸點閉合，接通假負載44，同時，控制工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器42的接收信號轉(zhuǎn)接器422公共觸點轉(zhuǎn)換使常開觸點閉合，使水聲接收系統(tǒng)3輸入端轉(zhuǎn)換接通自檢取樣電路45。若按下手持話筒按鈕發(fā)話或報警按鍵，水聲發(fā)射系統(tǒng)2按相關(guān)工作方式輸出載頻發(fā) 射信號，功率載頻發(fā)射信號使收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路43開關(guān)二極管組導通，加在假負載44和自檢取樣電路45上，使自檢取樣電路45獲取相應的自檢取樣信號，加到水聲接收系統(tǒng)3輸入端，于是模擬相應工作方式的接收信號送水聲接收系統(tǒng)3處理，對裝置各種工作方式的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)處理功能進行全面自檢。
圖10給出的是本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例電源自動轉(zhuǎn)換和充電控制原理框圖，電源自控轉(zhuǎn)換器73采用直流繼電器J1，電壓表、電流表和指示燈構(gòu)成操縱臺1的指示組15，裝置負載102包括裝置各系統(tǒng)的用電負載，交流整流電源71整流后有多組直流輸出，實施例原理框圖中給出一路24V，其他幾路直流相同。交流220V由電網(wǎng)配電開關(guān)K 經(jīng)并聯(lián)的電壓表和串聯(lián)的電流表接到電源7的交流整流電源71輸入端，交流整流電源71輸出端連接電源Kl開關(guān)11的Kw、 &.2和電源自控轉(zhuǎn)換器73繼電器 Jl的線包，繼電器Jl常開觸點Zw連接電源開關(guān)Kl的Kw，繼電器Jl常閉觸點Z—2連接電源開關(guān)Kl的Kw，繼電器Jl公共觸點Z^連接裝置負載 102;備用直流電源72的直流+端連接電源開關(guān)Kl的公共端K2.。，電源自控轉(zhuǎn)換器73繼電器Jl常閉觸點ZL2連接電源開關(guān)Kl的Kw。
當合上配電開關(guān)K ，電源K1開關(guān)11置于"開"擋，交流整流電源71 的一組直流輸出加到繼電器J1的線包，線包得電使常開觸點Zw閉合，電源71輸出24V直流經(jīng)電源開關(guān)Kl的K,-,與Km以及常開觸點Zw對裝置負載供電；當電源開關(guān)Kl置于"關(guān)"擋，電源開關(guān)Kl的Kw斷開與Kw 連接，因K^斷開與交流整流電源71的連接，雖然繼電器J1的線包仍有電而使Zw閉合，裝置負載102經(jīng)ZH)和Zw接通KL。，因Ku)已斷開與交流整流電源71的連接，而關(guān)閉對裝置負載供電。
在電源開關(guān)K1置于"開"，但發(fā)生交流停止配電或掉電時，交流整流電源71輸出為0，繼電器J1的線包失電而使常閉觸點Z^閉合，備用直流電源72輸出24V直流經(jīng)電源開關(guān)Kl的K^和Kw以及常閉觸點Z^對裝置負載102供電，自動完成供電源由交流整流電源71轉(zhuǎn)換成備用直流電源72 向裝置負載供電，可以在一定時間內(nèi)滿足裝置的接收和小功率發(fā)射工作需要。
在保持220V交流配電并合上配電開關(guān)101的情況下，當電源開關(guān)Kl 置于"關(guān)"，交流整流電源71輸出使繼電器Jl線包得電而將常開觸點Zw 閉合，電源自控轉(zhuǎn)換器73的Zw經(jīng)KHj接通Kw而開路，切斷交流整流電源71向裝置負載供電,同時，常閉觸點Zw打開，也切斷備用直流電源72向
裝置負載供電；此時，開關(guān)K1處于"關(guān)"，K2-q和K2-2接通，交流整流電源71輸出經(jīng)電源開關(guān)K1的Kw和與它短接的k2.2以及k2.o自動接通備用直流電源72的直流+端，交流整流電源71向備用直流電源72充電。
裝置不工作時，交流整流電源71可自動給備用直流電源72充電，但斷開配電開關(guān)K 后，交流整流電源71就停止給備用直流電源72充電。
圖11為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置實施例通信信號源和報警信號源原理框圖，圖12為本發(fā)明水下聲通信和報警裝置的報警信號編碼形成波形示意圖，給出了報警信號編碼形成的過程及其波形，結(jié)合圖4-7和圖ll圖 12描述通信信號源21發(fā)話信號源的工作過程以及報警信號編碼形成過程。
合上水下聲通信和報警裝置的電源開關(guān)Kl，工作方式K2置于"通話"，終端盒上話筒54的插頭58插入話筒插孔55，按住手持話筒54的發(fā)話按鈕 57通話，話音信號經(jīng)過通信信號源21的話音放大器和工作方式開關(guān)K2的 "通話"觸點，送300Hz 3000Hz話音到帶通濾波器23濾波后，話音加到調(diào)制器241對fo載頻243進行調(diào)制，調(diào)制器輸出經(jīng)過單邊帶濾波器242濾波，獲取上邊帶信號fo+300Hz fO+3000Hz，經(jīng)信號分壓器25和功率選擇開關(guān)K3的小功率擋，送線性功率放大器27，按住手持話筒發(fā)話按鈕57通話時，把5V的發(fā)話控制R線性功率放大器27放大收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路和功率匹配網(wǎng)絡，加到全向換能器，電能轉(zhuǎn)換成聲能向水中輻射調(diào)制過的聲信號。裝置的換能器為收發(fā)合置的全向換能器。同時，合上另一臺通信和報警裝置的電源開關(guān)，工作方式置于"通話"，換能器接收到經(jīng)水介質(zhì)傳來的調(diào) 制過的聲信號，經(jīng)換能器聲電轉(zhuǎn)換、收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路轉(zhuǎn)接，"通話"工作方式開關(guān)的觸點，加到前置放大器、自動增益控制放大電路、上邊帶濾波器濾波，再經(jīng)過解調(diào)器、濾波器300Hz 3000Hz，恢復出話音信號，經(jīng)收聽功率放大器放大和分壓器均衡，加到揚聲器和耳機，供操作員收聽。同樣的話音信號經(jīng)分壓器衰減送錄音器錄音。
報警信號源22包括帶編碼選擇開關(guān)222的報警信號編碼形成器221，兩路固定音頻振蕩器和調(diào)制器以及輸出或門223，報警信號編碼形成器221 經(jīng)過選碼輸出兩路報警編碼信號與兩路音頻振蕩器輸出分別加到調(diào)制器的
信號端與本振端，兩路調(diào)制器輸出送到或門的兩個輸入端，或門輸出是兩
個音頻調(diào)制按編碼間隔有序的報警信號。
當工作方式置于"報警"方式，報警信號源能自動生成多種報警信號編
碼，報警信號源按設置的編號生成報警信號，報警按鍵A1為自鎖按鍵，首次按下報警按鍵連續(xù)報警，再次按報警按鍵停止報警，當按下報警按鍵，雙頻交替的編碼脈沖信號通過上述電話發(fā)射通道，換能器向水中輻射調(diào)制過的報警聲信號。當A裝置工作方式置于"電話"方式時，通過其換能器和上述電話接收通道，就收聽到報警信號，同時，報警信號經(jīng)分壓器衰減送錄音器錄音。
權(quán)利要求
1.一種水下聲通信和報警方法，其特征在于水下聲通信和報警的方法包括以下步驟1)首先為監(jiān)控水域內(nèi)的水下航行體安裝水下聲通信和報警裝置A，同時在相關(guān)水下航行體、水面航行體或岸上控制臺站也安裝水下聲通信和報警裝置B，通過水下電話或電報的時間異步雙向通信以及單向報警，溝通水下航行體之間以及水下航行體與換能器處于水線下的水面航行體或岸上控制臺站之間的通信與報警；2)水下航行體與相關(guān)水下航行體、水面航行體或岸上控制臺站安裝的水下聲通信和報警裝置A與B滿足下列要求a.采用相同的水下聲通信與報警體制；b.至少由操縱控制臺和終端盒A1與B1、水聲發(fā)射系統(tǒng)A2與B2、水聲接收系統(tǒng)A3與B3和錄音系統(tǒng)A5與B5以及水下聲系統(tǒng)A4與B4分系統(tǒng)構(gòu)成，在操縱控制臺和終端盒上至少設置有電源、工作方式、工作狀態(tài)、發(fā)射功率選擇、錄音控制的開關(guān)以及手控話筒或發(fā)報電鍵、可自鎖的報警按鍵和揚聲器、耳機；c.水下聲系統(tǒng)A4與B4以水為傳輸介質(zhì)，以水聲換能器為能量轉(zhuǎn)換部件，實現(xiàn)電-聲能量轉(zhuǎn)換或聲-電能量轉(zhuǎn)換，水聲換能器采用收發(fā)兩用的全向換能器或者分置的發(fā)射換能器與接收換能器，工作時水聲換能器置于水線1～3m以下；d.裝置的水聲發(fā)射系統(tǒng)A2與B2和水聲接收系統(tǒng)A3與B3均采用壓縮帶寬、高效節(jié)能的單邊帶技術(shù)，水聲發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送經(jīng)單邊帶調(diào)制的話音信號或雙頻編碼信號，水聲接收系統(tǒng)把接收的單邊帶調(diào)制的話音信號或雙頻信號作解調(diào)處理，還原為音頻的語音或間隔有序的報警音或電報報文音，通過終端進行聽覺或視覺指示；e.報警信號采用多組編碼脈沖，報警信號編碼脈沖具有清晰的報警音和鮮明的個性特征，當監(jiān)控水域內(nèi)有多個水下航行體時，給每個水下航行體分配不同的報警信號編碼，依據(jù)接收到的編碼報警音來區(qū)分不同的水下航行體；f.水下聲通信和報警裝置設置有“自檢”狀態(tài)，無論換能器處于水線以上或水線以下，通過“自檢”狀態(tài)開關(guān)選擇負載為水下聲系統(tǒng)的“假負載”并對發(fā)射信號取樣，通過對“假負載”下各種工作方式的發(fā)射與接收，進行全系統(tǒng)運行狀態(tài)的自檢，以便確認裝置處于正常工況；g.水下和水面航行體所配裝置的錄音系統(tǒng)的外殼應水密和耐壓，錄音系統(tǒng)的錄音器為大容量，并且錄音信號可回放或提?。籬.水下聲通信和報警裝置應電路簡捷，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠高效，節(jié)能低耗，水聲發(fā)射和水聲接收以及錄音系統(tǒng)的電路，實行各種工作方式下除發(fā)射信號源與相關(guān)控制開關(guān)外的水聲發(fā)射和水聲接收的電路最佳共用；i.通信和報警發(fā)射控制時向水聲發(fā)射系統(tǒng)的功放加載高壓；j.裝置配備水聲報警備用電源，在主電源斷電時自動切換到備用電源供電在接通配電電源和裝置關(guān)機的狀態(tài)下，裝置的水聲報警備用電源能處于自動充電狀態(tài)；3)當水下航行體進入水下作業(yè)時，水下航行體和與其相關(guān)的水下航行體或水面航行體或岸上控制臺站安裝的水下聲通信和報警裝置A與B都應開機，處于通話工作方式的值守狀態(tài)；4)水下聲通信和報警裝置A與B中任一裝置發(fā)話或發(fā)報或報警，另一裝置在通話工作方式下都可接收并收聽電話或電報或報警的音頻信號；5)當水下航行體進入水下作業(yè)時，應將終端盒上的錄音開關(guān)置于“錄”擋，錄音系統(tǒng)對水下航行體與水面航行體或岸上控制臺站之間的“通信”和“報警”過程中的所有話音或報音和報警音進行線路錄音；6)當發(fā)生海難事故必須“報警”時，手動按下操縱臺的“報警”按鍵，啟動規(guī)定編碼的和固定間隔的連續(xù)報警，直至手動再按“報警”鍵后撤消“報警”，在連續(xù)報警N次報警后，如仍需報警，應手動切換功率選擇開關(guān)置于“小”功率擋，使裝置工作在低功耗、間歇式的水聲報警發(fā)射狀態(tài)；7)當水下聲通信和報警裝置的主電源斷電時，裝置自動切換到備用電源，保證在小功率下的間歇發(fā)射水聲報警信號的連續(xù)工作M小時的供電；8)相關(guān)水下或水面航行體的水下聲通信和報警裝置B接收到作業(yè)水下航行體聲通信和報警裝置A發(fā)送的水聲報警信號，以它提供的水聲報警信號為水聲定位信號，實施水下搜尋和救援；9)在海事處理階段，聲通信和報警裝置A開機，將終端盒上的錄音開關(guān)置于“放”擋，回放錄音系統(tǒng)存儲的水下航行體處于水下作業(yè)時間段內(nèi)完整的錄音信號，可為水下航行體安全事故的分析與判斷提供原始錄音數(shù)據(jù)；10)水下聲通信和報警裝置完成水下作業(yè)后關(guān)機，裝置在合上配電電源的狀態(tài)下，對水聲報警備用電源自動進行充電，使裝置的備用電源在下一航次水下作業(yè)前充滿電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的水下聲通信和報警裝置，其特征在于該裝置包括操縱臺(1)、水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)、水聲接收系統(tǒng)(3)、水下聲系統(tǒng)(4)、終端盒(5)、錄音系統(tǒng)(6)和電源(7);該裝置設置水下聲通信和聲報警工作方式，兩工作方式均采用單邊帶通信體制，裝置電路的構(gòu)成除水聲發(fā)射系統(tǒng)分設通信信號源和報警信號源外，兩工作方式公用操縱臺(1)、水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)、水聲接收系統(tǒng)(3)、水下聲系統(tǒng)(4)、終端盒(5)、錄音系統(tǒng)(6)和電源(7)，其中操縱臺(1)與水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)、水聲接收系統(tǒng)(3)、終端盒(5) 和錄音系統(tǒng)(6)相連接，水下聲系統(tǒng)(4)與水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)的輸出端及水聲接收系統(tǒng)(3)的輸入端相連接，水聲接收系統(tǒng)(3)連接錄音系統(tǒng) (6)，電源(7)為各子系統(tǒng)供電；操縱臺(1)上設置有電源開關(guān)K1 (11)、工作方式開關(guān)K2 (12)、功率選擇開關(guān)K3 (13)、工作狀態(tài)開關(guān)K4 (14)、指示組(15)、報警按鍵 Al (16);工作方式K2 (12)可設置"通話"、"通報"和"報警"三種方式，優(yōu)選設置"通話"和"報警"兩種方式；功率選擇開關(guān)K3 (13)可設置2 3擋，優(yōu)選設置"全"功率和"小"功率兩擋；工作狀態(tài)開關(guān)K4 (14) 設置"工作"和"自檢"兩種狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于水下聲通信和報警裝置的通信和報警工作方式公用一個水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)電路，水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)包括通信信號源(21)、報警信號源(22)、帶通濾波器(23)、單邊帶解調(diào)電路(24)、功放輸入信號分壓器(25)、發(fā)射加電控制器(26)、線性功率放大器(27)和功率匹配電路(28)，其中通信信號源(21)可用電話信號源或電話和電報兩個信號源，優(yōu)選采用電話信號源；電話信號源(21)和報警信號源(22)的輸出連接操縱臺 (1)的工作方式K2，由工作方式K2控制，選擇一路信號源接通發(fā)射系統(tǒng) 輸入端的帶通濾波器(23);單邊帶調(diào)制電路(24)的單邊帶調(diào)制器(241)的信號輸入端連接帶通濾波器(23)的輸出端，單邊帶調(diào)制器(241)的載頻信號輸入端接在載頻本振fo (243)輸出端，其輸出端連接單邊帶濾波器(242)的輸入端，單邊帶濾波器(242)輸出調(diào)制信號帶寬壓縮一半的發(fā)射信號，單邊帶調(diào)制電路(24)的輸出端接到功放輸入信號分壓器(25);信號功放電路包括信號分壓器(25)、發(fā)射加電控制器(26)、線性功率放大器(27)和功率匹配電路(28);發(fā)話控制端&或發(fā)報警控制端F2 接在發(fā)射加電控制器(26)控制端，發(fā)射加電控制器(26)輸出端連接線性功率放大器(27)的電源端，發(fā)射加電控制器(26)控制端有發(fā)話按下發(fā)話按鈕或報警時按下報警按鍵控制信號，給線性功率放大器(27)加載電壓VF。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于水下聲通信和報警裝置的通信和報警工作方式公用一個水聲接收系統(tǒng)(3)電路，錄音系統(tǒng)(6)的錄音和回放公用水聲接收系統(tǒng)(3)的音頻收聽電路，其中所述的水聲接收系統(tǒng)(3)包括前置放大器(31)、 AGC自動增益控制放大器(32)、單邊帶解調(diào)電路(33)、帶通濾波器(34)、音頻放大器(35)和收聽音頻功放(36)，水聲接收系統(tǒng)(3)的輸入端經(jīng)操縱臺(1)工作狀態(tài)開關(guān)K4連接水下聲系統(tǒng)(4);前置放大器(31)輸出端連接AGC自動增益控制放大器(32)的輸入端，AGC自動增益控制放大器(32)輸出端連接單邊帶解調(diào)電路(33)輸入端，單邊帶解調(diào)電路(33)輸出端連接帶通濾波器(34)輸入端，通濾波器(34)輸出端連接音頻放大器(35)輸入端，音頻放大器(35)輸出端經(jīng)終端盒(5)的音量調(diào)整K6連接收聽音頻功放(36)，收聽音頻功放(36) 輸出連接終端盒(5)的揚聲器(31)和耳機(59);單邊帶解調(diào)電路(33)的單邊帶調(diào)制器(332)信號端和載頻端分別連接的單邊帶濾波器(331)邊帶載頻信號輸出端和載頻本振(333)本振輸出端，單邊帶濾波器(331)的信號輸入端連接AGC放大器(32)輸出端，其單邊帶調(diào)制器(332)的載頻信號輸出端連接帶通濾波器(34)輸出端；所述的錄音系統(tǒng)(6)包括錄音器(61)，錄音分壓器(62)，錄音回放輸出端(63)，其中錄音系統(tǒng)(6)的輸入端接自水聲接收系統(tǒng)(3)的收聽音頻功放(36) 輸出端，錄音器(61)的控制端連接終端盒(5)的錄音開關(guān)K5，其信號端連接錄音分壓器(62)分壓端；錄音系統(tǒng)(6)的回放受終端盒(5)的錄音開關(guān)K5控制，錄音回放輸出端(63)接到水聲接收系統(tǒng)(3)的音頻放大器(35)輸入端，經(jīng)音量調(diào) 整K6和收聽音頻功放(36)輸出端，接至終端盒(5)的揚聲器和耳機。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于該裝置的水下聲系統(tǒng)(4)包括換能器(41)、工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器(42)、收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路(43)、假負載(44)和自檢取樣電路(45)，其中換能器(41)為收發(fā)兩用的全向水聲換能器或收發(fā)分置的兩個水聲換能器，優(yōu)選采用收發(fā)兩用全向圓柱換能器作為裝置的聲-能轉(zhuǎn)換部件，換能器(41)在水中的工作深度至少在1 3米以下；工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器(42)包括發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器(421)和接收信號轉(zhuǎn)接器 (422)，發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器(421)有兩個輸出端分別連接換能器(41)和假負載(44)，接收信號轉(zhuǎn)接器(422)的兩個輸入端分別連接收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路(43)和自檢取樣電路(45)，其輸出端送水聲接收系統(tǒng)(3)輸入端；工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器(42)的發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器(421)和接收信號轉(zhuǎn)接器(422) 為繼電器觸點組或電子開關(guān)組件，操縱臺(1)工作狀態(tài)開關(guān)K4"自檢" 擋和"工作"擋控制其轉(zhuǎn)換；收發(fā)自動轉(zhuǎn)接電路(43)為一組二極管開關(guān)電路，其輸入端接自水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)輸出端，其輸出端并聯(lián)連接發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器(421)和接收信號轉(zhuǎn)接器(422)的輸入端，由加在二極管組的發(fā)射信號或接收信號的強弱使其通斷，而收發(fā)自動轉(zhuǎn)接；假負載(44)為模擬換能器的阻性功率負載，操縱臺(1)上工作狀態(tài) 開關(guān)K4 "自檢"擋的觸點，控制工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換器(42)的負載轉(zhuǎn)換和接收信號的轉(zhuǎn)換，接入假負載(44)和自檢取樣電路(45)，假負載(44) 一端連接到發(fā)射負載轉(zhuǎn)接器(421)的一個輸出端，另一端經(jīng)自檢取樣電路(45) 接地；自檢取樣電路(45)為微小的阻性負載，其一端連接假負載(44)，并接到接收信號轉(zhuǎn)接器(422)的輸入端，另一端接地；在"自檢"狀態(tài)下，假負載(44)和自檢取樣電路(45)的分壓輸出端采集到各種工作方式發(fā) 射時的自檢信號，經(jīng)接收信號轉(zhuǎn)接器(422)接到水聲接收系統(tǒng)(3)輸入4山頓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，終端盒(5)設置有揚聲器(51)，耳機插孔(52)，音量調(diào)整(53)，手持開關(guān)話筒(54)，話筒插孔(55)和耳機(59)，其特征在于設置有錄音開關(guān)K5(56)，有"開"、"放"和"關(guān)"三擋，其"開"或"關(guān)"擋控制錄音器開啟和供電，或關(guān) 閉錄音器，其"放"擋控制錄音器供電和回放錄音信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于錄音系統(tǒng)(6)的錄音器(61)置于外殼水密和耐壓的水密耐壓盒(65)內(nèi)，連接終端盒(5)和錄音器(61)的水密電纜(63)用水密管接 (64)接入水密耐壓盒(65),錄音器(61)為小尺寸、大容量的存儲器，能滿足水下聲通信和報警裝置通信和報警信號實時錄音的存儲容量要求，錄音器(61)有錄音信號輸入端和錄音信號回放輸出端以及電源端，水密耐壓盒(65)由水密耐壓盒固定孔及緊固件(66)固定在航行器艙內(nèi)；錄音器(61)經(jīng)水密電纜(63)的錄音信號輸入線(67)連接錄音分壓器(62)，水密電纜(63)的錄音信號出線(68)、電源(69)和地(70) 分別接到終端盒(5)的錄音幵關(guān)K5;所述的錄音器水密耐壓盒外殼(65)的外形結(jié)構(gòu)包括橢圓形、矩形、方形或圓形，水密耐壓盒外殼(65)和水密管接(64)用鋼材制成，錄音器周圍用耐壓硬質(zhì)泡末塑料加固和壓緊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，電源(7)包括交流整流電源(71)以及電源開關(guān)K1 (11)和配電開關(guān)K (101)，其特征在于還有備用直流電源(72)和一個電源自控轉(zhuǎn)換器(73)，其中電源自控轉(zhuǎn)換器(73)為繼電器或二選一電子開關(guān)，優(yōu)先采用繼電器；交流整流電源(71)輸入端連接220V交流配電開關(guān)K (101)，其輸出接到電源開關(guān)K1 (11)的一刀開關(guān)的"開"擋觸點Kw，備用直流電源(72) 的電源端連接電源開關(guān)K1 (11)的二刀開關(guān)的"公共"觸點K2.0，一刀開關(guān)的"開"擋觸點Kw與二刀開關(guān)的"關(guān)"擋觸點&.2短接并與電源自控轉(zhuǎn)換器(73)繼電器h線包的控制端相連；電源自控轉(zhuǎn)換器(73)的兩個電源供電端Zw和Z^分別經(jīng)一刀開關(guān)的 "公共"觸點Ku)與二刀開關(guān)的"開"擋觸點K^與交流整流電源(71) 和備用直流電源(72)相連，電源自控轉(zhuǎn)換器(73)的輸出端ZLo連接裝置負載的電源端；電源開關(guān)K1置于"開"時，交流整流電源(71)向負載供電，當交流整流電源(71)掉電時，電源自控轉(zhuǎn)換器(73)從交流整流電源(71)自動轉(zhuǎn)換到備用直流電源(72)，由備用直流電源(72)繼續(xù)向負載供電；在電源開關(guān)K1 "關(guān)"后，配電開關(guān)K 保持合上，交流整流電源(71) 自動對備用直流電源(72)充電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)的報警信號源(22)包括報警信號編碼形成器(221)，報警信號的編碼選擇開關(guān)(222)，警音調(diào)制輸出或門(223)與報警按鍵(224)，其中-報警信號編碼形成器(221)為一種基于二極管編碼矩陣的脈沖形成電路，形成多組"長"和"短"脈沖規(guī)則分布的報警信號編碼輸出接點，報警信號編碼形成器(221)的輸出分為"長"脈沖和"短"脈沖兩路輸出；報警信號編碼選擇開關(guān)(222)為多擋波段開關(guān)或多路選一電子開關(guān)，由人工選定報警信號編碼，報警信號編碼選擇開關(guān)(222)的觸點或接點按選定連接報警信號編碼形成器(221)編碼矩陣輸出接點；警音調(diào)制輸出或門(223)包括一路fi音頻調(diào)制器、一路f2音頻調(diào)制器和一路輸出或門，A音頻調(diào)制器和f2音頻調(diào)制器的控制端分別連接報警信號編碼形成器(221)的兩路報警編碼輸出端，兩路音頻調(diào)制器的輸出端接到輸出或門的兩路輸入端，警音調(diào)制輸出或門(223)的輸出端連接到操縱臺(1)的工作方式開關(guān)K2，警音調(diào)制輸出或門的輸出為經(jīng)兩路音頻調(diào)制合成的調(diào)制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下聲通信和報警裝置，其特征在于通信和報警兩種工作方式均設置有自檢方式，通過操縱臺上的工作狀態(tài)K4選擇 "自檢"擋，水聲發(fā)射系統(tǒng)(2)的收發(fā)自動轉(zhuǎn)接(211)連接水下聲系統(tǒng)(4) 的假負載(42)，水聲接收系統(tǒng)(3)前置放大器(31)的輸入接通水下聲系統(tǒng)(4)的自檢取樣電路；以及通過對工作方式K4 (14)的選擇，對通信和報警兩種工作方式的包含信號源的水聲發(fā)射系統(tǒng)和水聲接收系統(tǒng)的電路進行完整的功能性檢査；自檢時，功率選擇K3 (13)優(yōu)選置于"小"功率擋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水下聲通信和報警方法及其裝置，用于全潛式觀光潛水艇、其他潛器等水下作業(yè)裝置與水面指揮船舶或碼頭控制臺站之間的通信聯(lián)絡和失事報警。水下聲通信和報警裝置電路簡捷，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠高效，節(jié)能低耗，易于小型化，裝置的水下聲通信和報警工作方式，均采用邊帶通信和報警制式，共用接收調(diào)制和發(fā)射解調(diào)電路，既可構(gòu)成水下聲通信通道，又可提供失事報警通道，水聲報警信號為失事搜尋和救援船只提供定位信號，裝置還配置一套帶水密和耐壓外殼的錄音器，對通信和報警工作方式的音頻信息全程錄音存儲，為水下作業(yè)裝置偶然發(fā)生的海事分析提供原始信息，滿足現(xiàn)代船檢對水下作業(yè)裝置必須配備有效的安全措施的要求，使它們提高了水下作業(yè)的安全性。
文檔編號G08C23/02GK101101700SQ20061005234
公開日2008年1月9日申請日期2006年7月6日優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者夏鐵堅, 張曉紅, 王福林, 羅善政申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所

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