阅读说明：本技术 一种飞行中继浮标及水陆通讯系统 (Flight relay buoy and land-water communication system ) 是由 廖飞 吴世崇 张旭 杨强 吴文华 耿青凯 余晨晖 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种飞行中继浮标,涉及多介质通信领域,在保证浮标具有飞行控制通信、水下航行体控制通信中继及数传通信中继功能的前提下,使其具备飞行布放,实现水下航行体的控制和载荷数据传输。具体方案为：包括天线水密基座、信号处理/控制板及其机箱、水下通讯器水密舱,天线水密基座与信号处理控制机箱通过天线上支撑杆连接,水下通讯器水密舱与信号处理控制机箱通过水下通讯器下支撑杆连接；信号处理控制机箱连接一机架载体,机架载体上设有浮力体和飞行组件,飞行组件包括电机和与旋翼电机转动连接的旋翼；与现有技术相比,本发明提出的飞行浮标,采用了多旋翼载体,实现了浮标的飞行控制,能够通过飞行进行布放,方便更改任务。(The invention discloses a flight relay buoy, which relates to the field of multi-medium communication, and has the functions of flight control communication, underwater vehicle control communication relay and data transmission communication relay on the premise of ensuring that the buoy has the functions of flight control communication, underwater vehicle control communication relay and data transmission communication relay, so that the control of an underwater vehicle and load data transmission are realized. The specific scheme is as follows: the underwater communicator watertight cabin is connected with the signal processing control case through an upper antenna supporting rod; the signal processing control cabinet is connected with a rack carrier, a buoyancy body and a flight assembly are arranged on the rack carrier, and the flight assembly comprises a motor and a rotor which is rotationally connected with a rotor motor; compared with the prior art, the flying buoy provided by the invention adopts the multi-rotor carrier, realizes the flying control of the buoy, can be distributed through flying, and is convenient for changing tasks.)

一种飞行中继浮标及水陆通讯系统

技术领域

本发明涉及多介质通信领域，更具体地说，它涉及一种飞行中继浮标及水陆通讯系统。

背景技术

水下无人智能航行体以及水空两栖无人智能体水下航行时需要完成其控制与数传水下通信。水下智能控制航行体与两栖飞行器实现跨介质控制与数传通信，由于水空介质的巨大差异使得水中和空中的最优通信手段具有很大差别且兼容性不强，因此必须通过设计中继浮标实现水空通信的无缝转换或功率放大。

目前的中继浮标一般不具备飞行布放功能，而且一般也不同时具备控制和数传通信功能。目前随着水下智能体和两栖智能飞行体的发展，研制具有飞行功能中继浮标就具有实用价值。

发明内容

本发明提供了一种飞行中继浮标，克服了上述现有技术的不足，在保证浮标具有飞行控制通信、水下航行体控制通信中继及数传通信中继功能的前提下，使其具备飞行布放，实现水下航行体的控制和载荷数据传输。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种飞行中继浮标，包括天线水密基座、信号处理/控制板及其机箱、水下通讯器水密舱，天线水密基座与信号处理控制机箱通过天线上支撑杆连接，水下通讯器水密舱与信号处理控制机箱通过水下通讯器下支撑杆连接；信号处理控制机箱连接一机架载体，机架载体上设有浮力体和飞行组件，飞行组件包括电机和与旋翼电机转动连接的旋翼；

天线水密基座上设有天线，天线用于信号处理控制机箱与地面站或水上设备之间的信号传递；

水下通讯器水密舱内设有水下通讯器组；

信号处理控制机箱密封设置，机箱内设有控制计算机，控制计算机分别与天线、旋翼电机和水下通讯器组信号连接。

在上述方案中，天线和控制计算机可通过天线上支撑杆内敷设线路以连接信号，天线的作用包括对飞行组件进行控制，还包括中继浮标与地面站或水上设备进行无线数据传输；信号连接均可采用在连接杆内敷设线路的方式进行，机架载体和信号处理控制机箱可通过设置连接架的形式进行二者的连接，可设置为可拆卸连接，也可一体成型。浮力体和飞行组件的具体设置方式在此不做具体的限定，浮力体作为中继浮标的常用物，有多种设置方式，飞行组件在实现飞行的基础上，其具***置也不做具体限定。浮力体和飞行组件之间的关系可为连接关系或独立关系。

上述方案通过设置飞行组件，实现了浮标的飞行控制，能够通过飞行进行布放，方便更改任务。

作为一种优选方案，机架载体贯穿信号处理控制机箱设计，机架载体与信号处理控制机箱的连接处通过紧固连接件密封连接，机架载体内设有信号传输线。

在上述方案中，机架载体直接与信号处理控制机箱连接，可减少连接架的设计，使得整个中继浮标质量更轻，更容易控制。

作为一种优选方案，天线水密基座上还设有GPS和外置罗盘一体组件和航标灯；天线包括第一天线和第二天线，第一天线用于接收飞行遥控信号，第二天线用于地面站或水上设备进行无线数据传输。

在上述方案中，第一天线用以接收飞行遥控信号；第二天线采用VHF天线，用以与地面站或水上设备进行无线数据传输。二者分工明确，使得信号传递的速度更快，质量更好。

作为一种优选方案，水下通讯器水密舱底部还设有钓鱼绞盘和钓鱼收纳仓，钓鱼绞盘通过承重线缆连接一钓鱼。

在上述方案中，铅鱼通过飞行控制系统控制绞盘电机，在飞行时收纳在铅鱼收纳舱中，定点投放后布放到水底或水中。

作为一种优选方案，信号处理控制机箱还设有无线通信电台和功率放大器，无线通信电台和功率放大器均与控制计算机信号连接。

作为一种优选方案，信号处理控制机箱上设有密封门。

在上述方案中，密封门可实现对控硬件解锁、自检、电池充电、电源开关和水密接口的操作以及充电。

一种基于中继浮标的水陆通信系统，基于上述的飞行中继浮标，还包括地面站，地面站包括无线通讯模块、飞行控制模块、水下通信模块和综合控制与处理模块。

作为一种优选方案，无线通信模块包括无线通信数据链路层处理模块一、无线通信物理层处理模块一、无线通讯物理层处理模块二和无线通信数据链路层处理模块二。

作为一种优选方案，飞行控制模块包括飞行控制与导航单元、飞行控制部件单元。

作为一种优选方案，水下通信模块包括包括水下通信数据链路层处理单元、水下通信物理层处理单元、信号采集/模数转换单元、接收前端处理单元、收发转化单元、水下收发单元、功能匹配层和信号产生/功率放大/模数转换单元。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1)与现有技术相比，本发明提出的飞行浮标，采用了多旋翼载体，实现了浮标的飞行控制，能够通过飞行进行布放，方便更改任务；

2)本发明兼容了控制与数传两种无线通信水上与水下的无缝连接，有助于水下航行体的控制与数据链路一体化，可满足浮标飞行、水下移动或静止目标的远程控制，以及多种数据传输需要；

3)本发明提供了一种可以作为可移动的无线电通信网关节点，具有很大的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的飞行中继浮标的结构示意图；

图2是本发明实施例的软件系统详细组成图；

图3是本发明实施例的机架载体的结构示意图；

其中：

1、第一天线；2、第二天线；3、天线水密基座；4、GPS和外置罗盘一体组件；5、航标灯；6、天线上支撑杆；7、天线上支撑杆连接水密法兰；8、电气元件密封舱；9、无线通信电台；10、信号处理控制机箱；11、密封门；12、飞行组件；13、机架载体；13a、电机安装座；13b、四旋翼机架；14、浮力体；15、控制计算机；16、紧固连接件；17、能源系统；18、功率放大器；19、下支杆连接水密法兰；20、水下通讯器下支撑杆；21、水下通讯器水密舱；22、水下通讯器组；23、钓鱼绞盘；24、钓鱼收纳舱；25、承重线缆；26、钓鱼。

具体实施方式

本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

下面结合附图对说明书进行进一步说明。

一种飞行中继浮标，采用“搭积木”的模块化设计，从上到下包括：第一天线1、第二天线2、天线水密基座3、GPS和外置罗盘一体组件4、航标灯5、天线上支撑杆6、天线上支撑杆连接水密法兰7、电器元件密封舱8、无线通信电台9、信号处理控制机箱10、密封门11、飞行组件12、机架载体13、浮力体14、控制计算机15、紧固连接件16、能源系统17、功率放大器18、下支杆连接水密法兰19、水下通讯器下支撑杆20、水下通讯器水密舱21、水下通讯器组22、铅鱼绞盘23、铅鱼收纳舱24、承重线缆25、铅鱼26、无线通信模块、飞行控制系统、水下通信系统、综合控制与处理模块和电源管理系统。

第一天线1和第二天线2通过天线水密基座3固定在支撑杆座上，同GPS和外置罗盘一体组件4一体，通过外壳的形式实现整体防水。

天线上支撑杆6通过天线上支撑杆连接水密法兰7与电器元件密封舱8连接。

密封舱门的形式，实现对控硬件解锁、自检、电池充电、电源开关和水密接口的操作以及充电。

飞行组件12通过防水旋翼电机下方一定距离的浮力体14浮在水面上，安装在多机架载体13上，与机架一起通过耳片及防水接插头，实现与电器元件密封舱8的连接、供电和通信，通过布放铅鱼26定点。

无线通信模块，主要组成如图2所示，包括无线通信数据链路层处理模块一、无线数据物理层处理模块一、无线数据物理层处理模块二、无线数据链路层处理模块二，用以实现无线通信数据链层和物理层的功能。

飞行控制系统，主要组成如图2所示，包括飞行控制与导航系统、飞行控制部件模块，用以实现飞行浮标的飞行功能和铅鱼的收放控制。

水下通信系统，主要组成如图2所示，包括水下通信数据链路层处理单元、水下通信物理层处理单元、信号采集/模数转换单元、接收前端处理单元、收发转化单元、水下收发单元、功能匹配层和信号产生/功率放大/模数转换，用以实现无线通信和水下通讯网络层和应用层功能。

电源管理系统，主要组成如图2所示，包括飞控系统供电模块、无线通信供电模块、功率放大供电模块、系统模拟电路供电模块和信号处理电路供电模块，用以实现电源的分配、控制、维护和管理。

第一天线1用以接收飞行遥控信号；第二天线2采用VHF天线，用以与地面站或水上设备进行无线数据传输。

无线通信电台9，包括：飞行遥控信号接收机和VHF数传电台，飞行遥控信号接收机用以将飞行遥控信号以SBUS协议输出，VHF数传电台与第二天线2一起用以远距离数据传输。

电器元件密封舱8，可使用椭球形，采用轻质耐腐蚀材料设计，在内部模块配置好后，整体重心位置处于飞行机架的几何中心附近；机架载体13，如图3所示，包括：电机安装座13a和四旋翼机架13b，采用四旋翼十字形机架，支杆留有走线槽或通管，四旋翼机架与电子密封舱采用紧固连接件16连接通电通控制信号。能源系统17采用采用锂电池组，给整个浮标和四旋翼电机供电。

水下通信器组22采用水声通信，利用收/发换能器，实现无线通信向水声通信的能量转换，配合水下通信系统实现VHF通信和水声通信的无缝转换；水下通信数据链路层处理模块采用水声通信数据链路层处理协议，水下通信物理层处理模块采用水声通信物理层处理，水下收发模块采用收发换能器实现无线向水声的转换；水下通信网络层处理模块采用水声网络通信协议，实现水声通信网络层功能。

采用模块化设计，通过多旋翼机架载体13及飞行控制及导航系统实现飞行，通过水面定点投放实现水上和水下的控制和数传双通信的无缝切换，铅鱼26通过飞行控制系统控制绞盘23电机，在飞行时收纳在铅鱼收纳舱24中，定点投放后布放到水底或水中。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。