本實(shí)用新型涉及一種便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)，特別是涉及數(shù)字對(duì)講機(jī)語(yǔ)音通信、測(cè)距（定位），實(shí)現(xiàn)水下蛙人之間通信、水下潛器之間通信、多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互測(cè)距等水下作業(yè)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著人類開發(fā)利用海洋資源步伐的加快，水下語(yǔ)音通信系統(tǒng)及方法的研究越來(lái)越受到人們的重視，應(yīng)用領(lǐng)域眾多。例如：蛙人通信、水下潛器之間通信、水下通信節(jié)點(diǎn)之間的定位等水下作業(yè)。

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展和大規(guī)模集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理器以其高效計(jì)算能力和靈活的編程方式越來(lái)越受到開發(fā)者的青睞，語(yǔ)音通信也逐步的進(jìn)入了以數(shù)字信號(hào)處理器為核心的高速數(shù)字通信時(shí)代，數(shù)字式語(yǔ)音通信系統(tǒng)則體現(xiàn)出了便于加密、小型化、易于集成等數(shù)字化處理的優(yōu)越性能。

本實(shí)用新型就是以此為背景，以 AMBE-3000（語(yǔ)音編解碼芯片）芯片和 TMS320C6455（信號(hào)處理器）芯片為主體設(shè)計(jì)的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音實(shí)時(shí)通信及水下目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種通信更穩(wěn)定的便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)，可完成電源管理、語(yǔ)音采集、語(yǔ)音編解碼、語(yǔ)音控制、水聲信號(hào)發(fā)射、水聲信號(hào)接收、語(yǔ)音播放等功能。

本實(shí)用新型提供的便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)的特征在于：所述系統(tǒng)包括：

信號(hào)采集/播放模塊，包括送話器、編解碼器以及揚(yáng)聲器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述送話器的語(yǔ)音輸入信號(hào)進(jìn)行量化成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，或?qū)τ伤鼍幗獯a器解壓縮之后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行還原播放或者對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的定位信息進(jìn)行采集和還原播放；

編解碼模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述的量化后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)（目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的定位信息）的壓縮及解壓縮功能；

控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述經(jīng)編解碼模塊壓縮或解壓縮后的信號(hào)（包括數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)）的控制、可編程邏輯器的電源控制及數(shù)據(jù)交互以及傳感器的控制等、工作參數(shù)（包括電量、音量、距離、模式）的控制；

調(diào)制解調(diào)控制模塊，包括可編程邏輯器、信號(hào)處理器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述編解碼模塊壓縮或解壓縮后的信號(hào)（包括數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)）的調(diào)制或解調(diào)；

模擬前端模塊，包括發(fā)射單元和接收單元，該接收單元包括前置放大器，信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用以完成換能器端接收信號(hào)的輸入，放大及采集；該發(fā)射單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，音頻功放，變壓器，匹配電感及換能器，用以完成經(jīng)所述調(diào)制解調(diào)控制模塊調(diào)制后的調(diào)制信號(hào)的電與聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，包括可編程邏輯器和存儲(chǔ)卡，完成對(duì)所述信號(hào)采集/播放模塊采集到的原始數(shù)據(jù)（包括發(fā)射端的發(fā)射信號(hào)和送話器輸入的采集信號(hào)）的存儲(chǔ)；

電源管理模塊，包括對(duì)高壓和低壓兩部分的電源管理，該高壓電源可直接給發(fā)射機(jī)供電，該低壓電源主要用于給所述系統(tǒng)的模擬、數(shù)字部分提供電源。

進(jìn)一步的，上述便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)還包括：

傳感器：該傳感器包括溫度傳感器/濕度傳感器/心電傳感器等，主要用來(lái)監(jiān)控本系統(tǒng)的溫濕度狀態(tài)及心率狀態(tài)等。

存儲(chǔ)器：主要是用以存儲(chǔ)所述信號(hào)處理器中的數(shù)據(jù)處理中間數(shù)據(jù)等。

閃存：主要用以固化所述信號(hào)處理器中的燒寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器的脫機(jī)自啟動(dòng)功能。

上述本實(shí)用新型提供的便攜式數(shù)字水下對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)可以分別實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)和定位信號(hào)的發(fā)送和接收功能，其工作過(guò)程如下：

（一）語(yǔ)音通信過(guò)程

發(fā)射端：信號(hào)采集/播放模塊首先從送話器處采集到模擬語(yǔ)音信號(hào)，然后將該模擬語(yǔ)音信號(hào)量化成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，并將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)編解碼模塊進(jìn)行壓縮后，送給所述控制模塊，該控制模塊再將該壓縮后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給所述的調(diào)制解調(diào)控制模塊中的可編程邏輯器，該可編程邏輯器接著將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器接收到該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)后，首先將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加密，然后再將該加密后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制成水聲信號(hào)，并將該調(diào)制完后的水聲信號(hào)再傳給所述的可編程邏輯器，該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述模擬前端的發(fā)射單元進(jìn)行發(fā)射。

接收端：水聲信號(hào)通過(guò)所述模擬前端的接收單元送給所述調(diào)制解調(diào)控制模塊中的可編程邏輯器，由該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器，由該信號(hào)處理器對(duì)該水聲信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后生成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，并將該解調(diào)后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行解密，該解密后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給所述可編程邏輯器，由該可編程邏輯器將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給控制模塊，然后該控制模塊再將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給所述編解碼模塊進(jìn)行解壓縮，該解壓縮之后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送至所述采集/播放模塊進(jìn)行還原，然后經(jīng)揚(yáng)聲器播放。

（二）定位通信過(guò)程

發(fā)射端：所述的控制模塊將該控制模塊產(chǎn)生的定位用的定位信號(hào)送給所述調(diào)制解調(diào)控制模塊中的可編程邏輯器，由該可編程邏輯器將該定位信號(hào)送給該調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器首先將該定位信號(hào)進(jìn)行加密后，將該加密后的定位信號(hào)調(diào)制成水聲信號(hào)，并將該調(diào)制完后的水聲信號(hào)再傳給該可編程邏輯器，再由該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述模擬前端模塊的發(fā)射單元進(jìn)行發(fā)射。

接收端：水聲信號(hào)通過(guò)所述模擬前端模塊的接收單元送給所述可編程邏輯器，然后該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述信號(hào)處理器，接著，該信號(hào)處理器對(duì)該水聲信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后，由該信號(hào)處理器將解調(diào)后的定位信號(hào)進(jìn)行解密，解密后的該定位信號(hào)送給所述可編程邏輯器，接著，該可編程邏輯器將該定位信號(hào)送給所述單片機(jī)，該單片機(jī)通過(guò)校驗(yàn)獲取到的該定位信號(hào)，然后計(jì)算水下目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離。

本實(shí)用新型提供的便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)水聲信道具備自適應(yīng)能力，而且可以靈活地進(jìn)行參數(shù)配置、模式切換、距離選擇、壓縮碼率切換；解碼后的還原語(yǔ)音效果清晰，音色自然，更具備小型化、模塊化，便于系統(tǒng)集成，易于移植等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意框圖。

具體實(shí)施方式

為使公眾進(jìn)一步了解本實(shí)用新型所采用之技術(shù)、手段及其有益效果，特舉實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下，相信當(dāng)可由之得以深入而具體的了解。

圖1是本實(shí)施例便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)可以分別實(shí)現(xiàn)水下通信系統(tǒng)的語(yǔ)音信號(hào)和定位信號(hào)的發(fā)送和接收功能，如圖1所示，該便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)主要包括電源管理模塊、信號(hào)采集/播放模塊、編解碼模塊、控制模塊、調(diào)制解調(diào)模塊、模擬前端模塊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等，其中：

電源管理模塊，包括高壓、低壓兩部分電源管理。高壓電源可直接給發(fā)射端的發(fā)射機(jī)供電。高壓電源降壓后得到低壓電源，其主要給本實(shí)施例系統(tǒng)的模擬、數(shù)字部分提供電源。本實(shí)施例的電壓輸入具備寬壓范圍（24V至36V），可為發(fā)射機(jī)直接供電，經(jīng)過(guò)分壓處理可以為信號(hào)處理器、可編程邏輯器及單片機(jī)等提供低壓供電。

信號(hào)采集/播放模塊，主要由送話器、編解碼器、揚(yáng)聲器構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)送話器的語(yǔ)音輸入信號(hào)進(jìn)行量化成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，或?qū)幗獯a器解壓縮之后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行還原播放或者對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的定位信息進(jìn)行采集和還原播放。本實(shí)施例采用抗噪聲送話器，其靈敏度為-66±3dB（1000Hz 0dB=1V/μpar），頻率響應(yīng)為200～4000Hz，阻抗約180歐；編解碼器為TLV320AIC12K，它是一款低成本、低功耗、高性能的單通道語(yǔ)音編解碼芯片，包含了1路16位A/D和1路16位D/A。TLV320AIC12k實(shí)現(xiàn)智能時(shí)分多路串行端口（SMARTDM），它是一個(gè)同步的4線串行端口，該端口支持連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸模式和動(dòng)態(tài)重新配置模式。TLV320AIC12k可以無(wú)縫連接到任何SMARTDM級(jí)聯(lián)裝置，形成多通道編解碼器；揚(yáng)聲器由D類音頻放大器SSM2375構(gòu)成，其具有高效率、高功率、低諧波失真和低靜態(tài)電流等優(yōu)點(diǎn)。

編解碼模塊，主要由聲碼器構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)信號(hào)采集/播放模塊量化后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)（目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的定位信息）的壓縮及解壓縮功能。本實(shí)施例的編解碼模塊由DVSI公司的AMBE3000聲碼器構(gòu)成,其在速率低至2000bps時(shí)仍保持相當(dāng)好的語(yǔ)音質(zhì)量，它可以在半雙工和全雙工狀態(tài)工作，另外，AMBE3000具有2kbps～9.6kbps、步進(jìn)50bps可控的編碼速率，可變的前向糾錯(cuò)速率為50bps～7.2kbps，可以改善誤碼傳輸。

控制模塊，主要由單片機(jī)構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述編解碼模塊的壓縮或解壓縮后的信號(hào)（包括數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)）輸出的控制、可編程邏輯器的電源控制及數(shù)據(jù)交互以及傳感器的控制等、工作參數(shù)（包括電量、音量、距離、模式）的控制。本實(shí)施例的單片機(jī)為TI生產(chǎn)的MSP430系列的單片機(jī)，具有25MHZ的16位的RISC、3通道的DMA、2組USCI多功能通用串口等特點(diǎn)。

調(diào)制解調(diào)控制模塊，主要由可編程邏輯器、信號(hào)處理器等構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述編解碼模塊壓縮或解壓縮后的信號(hào)（包括數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)或定位信號(hào)）的的調(diào)制或解調(diào)。本實(shí)施例中的可編程邏輯器由Lattice公司生產(chǎn)的FPGA構(gòu)成，型號(hào)是ECP3-70EA-484，主要完成信號(hào)采集，傳感器信號(hào)采集，發(fā)射機(jī)控制以及輔助計(jì)算的工作。ECP3-70EA-484采用BGA封裝使得它的體積更小，信號(hào)完整性更高，F(xiàn)PGA的規(guī)模達(dá)到了67K邏輯單元，并帶有128個(gè)18×18的增強(qiáng)型DSP單元；信號(hào)處理器采用由TI生產(chǎn)的定點(diǎn)信號(hào)處理器TMS320C6455。其中，該定點(diǎn)信號(hào)處理器TMS320C6455包括：一片ST公司生產(chǎn)的S29AL032D70TA的NORflash，容量是32Mbit，位寬是8位；2片MICRON公司生產(chǎn)的MT47H64M16HR 的DDR2，單片容量是1024Mbit，位寬是16位；子卡模塊具備400腳的HPC接口。

模擬前端模塊，主要包括發(fā)射單元和接收單元。接收單元由前置放大器，信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，用以完成換能器端接收信號(hào)的輸入，放大及采集。發(fā)射單元由數(shù)模轉(zhuǎn)換器，音頻功放，變壓器，匹配電感及換能器構(gòu)成，用以完成經(jīng)所述調(diào)制解調(diào)控制模塊調(diào)制后的調(diào)制信號(hào)的電與聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例的模擬前端模塊采用前置放大電路、帶通濾波器和自動(dòng)增益電路（AGC），還有后級(jí)的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，模擬前端模塊采用正負(fù)電源供電。帶通濾波器的運(yùn)放采用AD8656運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)增益電路使用VCA810實(shí)現(xiàn)。而后部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采用ADI公司生產(chǎn)的AD7980實(shí)現(xiàn)。ADC由FPGA采用SPI串行總線控制。整個(gè)模擬前端模塊的功耗小于260mW。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，主要由所述調(diào)制解調(diào)控制模塊中的可編程邏輯器和存儲(chǔ)卡構(gòu)成，用于完成對(duì)所述信號(hào)采集/播放模塊采集到的原始數(shù)據(jù)（包括發(fā)射端的發(fā)射信號(hào)和送話器輸入的采集信號(hào)）的存儲(chǔ)。

以上本實(shí)施例中電源管理模塊、信號(hào)采集/播放模塊、編解碼模塊、控制模塊、調(diào)制解調(diào)模塊、模擬前端模塊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等，均可采用目前現(xiàn)有之技術(shù)實(shí)現(xiàn)，故此處不作贅述。

進(jìn)一步的，圖1所示的上述便攜式水下數(shù)字對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)還設(shè)置傳感器，存儲(chǔ)器以及閃存等。該傳感器包括溫度傳感器/濕度傳感器/心電傳感器等，主要用來(lái)監(jiān)控本系統(tǒng)的溫濕度狀態(tài)及心率狀態(tài)等。存儲(chǔ)器主要是用以存儲(chǔ)所述信號(hào)處理器中的數(shù)據(jù)處理中間數(shù)據(jù)等。而閃存則主要可用以固化所述信號(hào)處理器中的燒寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器的脫機(jī)自啟動(dòng)功能。

上述實(shí)施例提供的便攜式數(shù)字水下對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)在作為語(yǔ)音信號(hào)的發(fā)射端或者接收端時(shí)以及在作為定位信號(hào)的發(fā)射端或者接收端時(shí)的實(shí)施過(guò)程如下所述：

（一）語(yǔ)音通信實(shí)施過(guò)程

發(fā)射端：信號(hào)采集/播放模塊首先從抗噪聲送話器處采集到模擬語(yǔ)音信號(hào)，然后將該模擬語(yǔ)音信號(hào)量化成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，并將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)AMBE3000聲碼器進(jìn)行壓縮后，通過(guò)串口送給MSP430單片機(jī)，該MSP430單片機(jī)再通過(guò)串行總線將該壓縮后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給所述的調(diào)制解調(diào)控制模塊中的ECP3-70EA-484可編程邏輯器，該ECP3-70EA-484可編程邏輯器接著通過(guò)多通道緩沖串口將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器TMS320C6455，該TMS320C6455信號(hào)處理器接收到該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)后，首先將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加密，然后再將該加密后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制成水聲信號(hào)，并將該調(diào)制完后的水聲信號(hào)再通過(guò)多通道緩沖串口傳給所述的可編程邏輯器ECP3-70EA-484，該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述模擬前端的發(fā)射單元進(jìn)行發(fā)射。

接收端：水聲信號(hào)通過(guò)所述模擬前端的接收單元送給調(diào)制解調(diào)模塊中的可編程邏輯器ECP3-70EA-484，由該可編程邏輯器ECP3-70EA-484將該水聲信號(hào)通過(guò)多通道緩沖串口送給所述調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器TMS320C6455，由該TMS320C6455信號(hào)處理器對(duì)該水聲信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后生成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，并將該解調(diào)后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行解密，該解密后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)多通道緩沖串口送給所述可編程邏輯器ECP3-70EA-484，由該可編程邏輯器將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)串行總線送給MSP430單片機(jī)，然后該MSP430單片機(jī)再通過(guò)串口將該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給所述AMBE3000聲碼器進(jìn)行解壓縮，該解壓縮之后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送至語(yǔ)音采集/播放模塊進(jìn)行還原，然后經(jīng)揚(yáng)聲器播放。

（二）定位通信實(shí)施過(guò)程

發(fā)射端：所述的MSP430單片機(jī)通過(guò)串行總線將該MSP430單片機(jī)產(chǎn)生的定位用的定位信號(hào)送給調(diào)制解調(diào)控制模塊中的ECP3-70EA-484可編程邏輯器，由該可編程邏輯器ECP3-70EA-484通過(guò)多通道緩沖串口將該定位信號(hào)送給調(diào)制解調(diào)控制模塊中的信號(hào)處理器TMS320C6455，該TMS320C6455信號(hào)處理器首先將該定位信號(hào)進(jìn)行加密后，將該加密后的定位信號(hào)調(diào)制成水聲信號(hào)，并將該調(diào)制完后的水聲信號(hào)再通過(guò)多通道緩沖串口傳給該可編程邏輯器ECP3-70EA-484，再由該可編程邏輯器將該水聲信號(hào)送給所述模擬前端模塊的發(fā)射單元進(jìn)行發(fā)射。

接收端：水聲信號(hào)通過(guò)模擬前端模塊的接收單元送給可編程邏輯器ECP3-70EA-484，然后可編程邏輯器ECP3-70EA-484將水聲信號(hào)通過(guò)多通道緩沖串口送給信號(hào)處理器TMS320C6455，接著，信號(hào)處理器TMS320C6455對(duì)該水聲信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后，信號(hào)處理器將解調(diào)后的定位信號(hào)進(jìn)行解密，解密后的定位信號(hào)通過(guò)多通道緩沖串口送給可編程邏輯器，接著，可編程邏輯器將該定位信號(hào)通過(guò)串行總線送給MSP430單片機(jī)，MSP430單片機(jī)通過(guò)校驗(yàn)獲取到的定位信號(hào)，然后計(jì)算水下目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離。