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TWI774305B - 一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法 - Google Patents

一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法 Download PDF

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TWI774305B
TWI774305B TW110112084A TW110112084A TWI774305B TW I774305 B TWI774305 B TW I774305B TW 110112084 A TW110112084 A TW 110112084A TW 110112084 A TW110112084 A TW 110112084A TW I774305 B TWI774305 B TW I774305B
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秦榮林
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英華達股份有限公司
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Abstract

一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法。水聲定位及通訊系統包括水上伺服器、多個水面定位基站以及若干水下終端，水上伺服器和多個水面定位基站藉由無線網路通訊，水面定位基站和水下終端藉由水聲通訊方式通訊，以實現水下終端之間的即時通訊，以及對水下終端進行定位和導航，從而解決潛水或水下作業時的溝通不順暢的問題，使得潛水人員或水下作業人員之間互通，水下人員與水上之間的互通；設置於水上的系統可對水下人員監控和保護，監控水下人員所處環境，調度水下人員，適應水下的多種需求。

Description

一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法
本發明涉及潛水通訊技術領域，特別涉及一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法。
當人們在潛水或水下作業時，無法使用語言進行溝通，只能使用手勢進行溝通。但是手勢交流資訊存在侷限性：其一，交流雙方相隔距離不能太遠，否則無法看清對方的手勢；其二，水下溝通的手勢必須經過專門的訓練才可以掌握，否則無法進行交流；其三，在突發緊急情況時，手勢交流存在障礙，造成無法有效溝通。而陸地上廣泛使用的電磁波無線通訊在水中具有很大的衰減，使得藉由其在水中通訊是很難實現溝通的，這就造成水下電波通訊或者光通訊很難用於水下溝通。
以CN109743097A為例，該專利公開了一種基於浮標基的可攜式水下電話通訊系統及方法，其藉由將電話通訊終端的耳機等設備集成到潛水夫的防水面罩中，以及在水下電話終端的主機上設置固定裝置，可實現可攜式水下電話終端與潛水夫裝備的有效整合。該方案將耳機等設備整合入面罩中，該專利的載體必須是面罩，其種類單一。另外，其只能傳 輸語音，使得傳輸資料類型單一。以CN109756277A為例，該專利公開了一種預存語音式潛水夫指令通訊系統及通訊方法，其藉由採用預存語音指令的輸入輸出方式。該專利僅能發送預設的資訊，且不能對潛水或水下作業的人員進行定位。另外，上述兩個專利的功能單一，不能適應水下的多種需求。
本發明的目的在於提供一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法，可以解決潛水或水下作業時的溝通不順暢，無法人員定位以及功能單一等問題。
為了解決上述問題，本發明提供一種水聲定位及通訊系統，包括水上伺服器、多個水面定位基站以及若干水下終端，該水上伺服器和多個水面定位基站藉由無線網路通訊，所述水面定位基站和水下終端藉由水聲通訊方式通訊，以實現所述水下終端之間的即時通訊，以及對所述水下終端進行定位和導航。
可選的，所述水下終端用於輸入輸出數位訊號，接收和發送超音波訊號；還用於進行數位訊號和超音波訊號之間的轉換；所述水面定位基站用於對所述水下終端進行測距和定位，並將所述測距的結果和定位發送給所述水上伺服器；還用於進行超音波訊號和無線網路訊號之間的轉換；所述水上伺服器用於向所述水面定位基站發送對所述水下終端進行測距和/或定位的要求，並根據所述水面定位基站上報的距離，計算出所述水下終端的位置；以及，所述水下終端與水上伺服器藉由所述水面定位基站進行傳輸資料。
進一步的，所述水面定位基站包括主控模組、超音波訊號調制解調模組、超音波訊號發生及接收模組、無線網路和GPS定位模組；所述水面定位基站將所述水下終端的資料轉發給所述水上伺服器時：所述超音波訊號發生及接收模組用於接收所述水下終端發送的超音波訊號，所述超音波訊號調制解調模組用於將所述超音波訊號轉換成無線網路訊號，並藉由所述無線網路將所述無線網路訊號發送給所述水上伺服器；所述水面定位基站將所述水上伺服器的資料轉發給所述水下終端時：所述水面定位基站藉由所述無線網路接收所述水上伺服器的資料，所述超音波訊號調制解調模組用於將所述資料調制成超音波訊號，所述超音波訊號發生及接收模組接收用於將所述超音波訊號發送給水下終端；以及所述水上伺服器向所述水面定位基站發出定位和/或測距請求時，所述水面定位基站藉由所述無線網路接收所述定位請求，並將所述定位請求發送給主控模組，所述GPS定位模組用於對所述水面定位基站進行定位，所述主控模組用於根據所述定位和/或測距請求，測量所述水下終端和水面定位基站之間的測距，並將所述距離和/或接收到的所述水下終端的定位時間戳記上報給所述水上伺服器。
可選的，所述水下終端包括水聲發射器、水聲接收器和輸入輸出設備，所述水聲發射器和水聲接收器分別與所述輸入輸出設備電連接；所述水聲發射器用於將所述數位訊號轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送給所述水面定位基站；所述水聲接收器用於從所述水面定位基站接收超音波訊號，並將所述超音波訊號轉換為數位訊號；以及所述輸入輸出設備用於輸入或輸出數位訊號，並將所述數位訊號發送給所述水聲 發射器，以及接收所述水聲接收器轉換後的數位訊號。
進一步的，所述輸入輸出設備包括資訊顯示裝置、音訊模組和鍵盤輸入裝置中的任一項或幾項。
可選的，還包括水上終端，所述水上終端與水上伺服器通訊連接，並藉由所述水上伺服器得到所述水下終端發送的資料。
可選的，所述數位訊號為圖像、文字或語音。
另一方面，本發明還提供了水聲通訊方法，採用上述所述的水聲定位及通訊系統，包括以下步驟：提供至少一個水下終端；一個所述水下終端發出第一數位訊號，所述第一數位訊號為超音波訊號；以及若干個所述水下終端或水上伺服器接收所述第一數位訊號，並回應第二數位訊號，所述水下終端接收所述第二數位訊號，從而實現所述水下終端之間或者所述水下終端與水上伺服器之間的互相通訊。
可選的，兩個所述水下終端之間直接通訊包括：一個所述水下終端藉由公共廣播通道向另一個所述水下終端發送連接請求；另一個所述水下終端向一個所述水下終端分配通訊通道；一個所述水下終端發出第一數位訊號；另一個所述水下終端接收所述第一數位訊號，並以第二數位訊號回應；以及一個所述水下終端接收所述第二數位訊號，從而實現兩個所述水下終端之間直接通訊。
可選的，兩個水下終端之間間接通訊包括：一個所述水下終端藉由公共廣播通道向一個所述水面定位基站發送連接請求；一個所述水面定位基站向一個所述水下終端分配通訊通道；一個所述水下終端將需要發出的第一數位訊號轉換為第一超音波訊號；一個所述水面定位基站接收 所述第一超音波訊號，將所述第一超音波訊號轉換為第一無線網路訊號，並將所述第一無線網路訊號發送給水上伺服器，所述水上伺服器將所述第一無線網路訊號發送給另一個所述水面定位基站，另一個所述水面定位基站將所述第一無線網路訊號還原成第一超音波訊號，並將所述第一超音波訊號發送給另一個所述水下終端，另一個所述水下終端將所述第一超音波訊號還原成第一數位訊號，並以第二數位訊號回應，另一個所述水下終端將所述第二數位訊號轉換為第二超音波訊號；另一個所述水面定位基站接收所述第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號轉換為第二無線網路訊號，並將所述第二無線網路訊號發送給水上伺服器，所述水上伺服器將所述第二無線網路訊號發送給一個所述水面定位基站，一個所述水面定位基站將所述第二無線網路訊號還原成第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號發送給一個所述水下終端；以及一個所述水下終端將接收到的所述第二超音波訊號轉換成第二數位訊號。
可選的，一個水下終端和一個水上終端之間通訊包括：所述水下終端藉由公共廣播通道向水面定位基站發送連接請求；所述水面定位基站向所述水下終端分配通訊通道；所述水下終端將需要發出的第一數位訊號轉換為第一超音波訊號；所述水面定位基站接收所述第一超音波訊號，將所述第一超音波訊號轉換為第一無線網路訊號，並將所述第一無線網路訊號發送給水上伺服器，所述水上伺服器將所述第一無線網路訊號發送給水上終端；所述水上終端對第一無線網路訊號作出回應，並得到該回應回饋給水上伺服器，所述水上伺服器將該回應還原成第二無線網路訊號，所述水上伺服器將所述第二無線網路訊號發送給水面定位基站，所述 水面定位基站將所述第二無線網路訊號還原成第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號發送給所述水下終端；以及所述水下終端將接收到的第二超音波訊號轉換為第二數位訊號。
進一步的，每個所述水下終端在通訊過程中具有以下動作：對所述水下終端進行初始化處理；偵測超音波訊號和使用者操作，若偵測到所述超音波訊號，則所述水下終端的水聲接收器接收超音波訊號，並將所述水聲接收器轉換為數位訊號，輸入輸出設備播放所述數位訊號，若偵聽到所述用戶操作，則所述水下終端的水聲發射器將需要發出的所述數位訊號轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送出去；以及判斷偵聽是否結束，若未結束，則返回步驟偵測超音波訊號和使用者操作，若結束則此次通訊結束。
進一步的，所述水面定位基站在通訊過程中具有以下動作：每個所述水面定位基站與水上伺服器之間建立無線網路連接；所述水面定位基站的GPS定位模組對所述水面定位基站進行定位以實現對所述水下終端的定位，並將所述水下終端的位置上報給所述水上伺服器；對所述水面定位基站進行初始化處理；偵測超音波訊號和無線網路訊號，若偵測到超音波訊號，則所述水下終端的超音波訊號發生及接收模組接收所述超音波訊號，所述超音波訊號調制解調模組將所述超音波訊號所述超音波訊號還原成無線網路訊號，藉由所述無線網路將所述無線網路訊號發送給所述水上伺服器，之後返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟，若偵測到無線網路訊號，則所述水面定位基站藉由所述無線網路接收所述無線網路訊號，所述超音波訊號調制解調模組將所述無線網路訊號調制成超音波訊 號，並將所述超音波訊號發送給水下終端，之後返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟；以及判斷偵聽是否結束，若偵聽結束則此次通訊結束，若偵聽未結束，則返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟。
再一方面，本發明還提供一種水下終端定位方法，基於水聲定位TDOA演算法，且採用所述的水聲定位及通訊系統，包括以下步驟：所述水下終端週期性的發送超音波訊號，所述超音波訊號為超音波定位訊號幀；多個所述水面定位基站接收所述超音波訊號，並記錄接收到的各所述超音波訊號的時間戳記；以及所述水上伺服器根據多個所述水面定位基站記錄的所述時間戳記計算所述水下終端的位置，以完成當次定位。
可選的，需要各水面定位基站之間同步時間的水下終端的定位方法包括：
藉由各所述水面定位基站之間的無線網路連接實現各所述水面定位基站之間同步時間；所述水下終端週期性的向各所述水面定位基站發送超音波定位訊號幀；各所述水面定位基站接收所述超音波定位訊號幀；各所述水面定位基站將接收到的所述超音波定位訊號幀的時間戳記發送給所述水上伺服器；以及所述水上伺服器根據各所述水面定位基站發送的時間戳記計算出所述水下終端的位置，從而完成當次定位。
可選的，不需要各水面定位基站之間同步時間的水下終端的定位方法包括：所述水下終端週期性的向各所述水面定位基站發送超音波定位訊號幀；各所述水面定位基站接收所述超音波定位訊號幀；各所述水面定位基站將接收到的所述超音波定位訊號幀的時間戳記發送給所述水上伺服器；以及所述水上伺服器記錄接收到的各所述超音波定位訊號幀的時 間戳記，並根據各所述水面定位基站發送的時間戳記計算出所述水下終端的位置，從而完成當次定位。
第四方面，本發明還提供一種水下終端組隊的操作方法，其中包括：採用上述所述的水下終端定位方法對組隊的各所述水下終端進行定位；廣播組隊的各所述水下終端的位置；以及判斷是否結束，若結束，則此次組隊結束，若未結束，則確認是否有水下終端離隊，若沒有水下終端離隊，則直接返回對各所述水下終端進行定位的步驟，若有水下終端離隊，則採用上述所述的水聲通訊方法預警離隊的所述水下終端，並向離隊的所述水下終端提供其他所述水下終端的位置，並導航指示其歸隊，在其歸隊後返回對組隊的各所述水下終端進行定位的步驟中。
第五方面，本發明還提供一種水下終端地理圍欄操作方法，包括：採用上述所述的水下終端定位方法對在地理圍欄範圍中各水下終端進行定位；以及所述水上伺服器判斷是否存在所述水下終端超出所述地理圍欄範圍，若是，則採用上述所述的水聲通訊方法對超出所述地理圍欄範圍的水下終端進行預警，同時提供導航指示其返回地理圍欄範圍中，並在其返回後結束導航，若否，則返回對在所述地理圍欄範圍中各水下終端進行定位步驟中。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明提供一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法，水聲定位及通訊系統包括水上伺服器、多個水面定位基站以及若干水下終端，所述水上伺服器和多個水面定位基站藉由無線網路通訊，所述水面定位基站和水下終端藉由水聲通訊方式通訊，以實現所述水下終端之間的即時通訊，以 及對所述水下終端進行定位和導航，從而解決潛水或水下作業時的溝通不順暢的問題，使得潛水人員或水下作業人員(即水下人員)之間互通，水下人員與水上之間的互通；設置於水上的系統對水下人員狀況的監控和保護，對水下人員所處環境的監控，對水下人員的調度，使得其功能較多，適應水下的多種需求。另外，所述數位訊號為圖像、文字或語音，使得傳輸資料類型多。
100:水上伺服器
200、200A、200B:水面定位基站
300、300A、300B:水下終端
400:水上終端
圖1為本發明一實施例的一種水聲定位及通訊系統的簡單示意圖；
圖2為本發明一實施例的一種水聲定位及通訊系統的詳細示意圖；
圖3a-3c為本發明一實施例的資料通訊流程圖；
圖4a-4b為本發明一實施例的至少兩個水下終端300之間的通訊流程示意圖；
圖5a-5b為本發明一實施例的水下終端300的定位流程示意圖；
圖6為本發明一實施例的至少兩個水下終端300組隊的流程示意圖；
圖7為本發明一實施例的水下終端300地理圍欄操作流程示意圖。
以下將對本發明的一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法作進一步的詳細描述。下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並不作為對本發明的限制。
為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
為使本發明的目的、特徵更明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
水聲定位TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差)演算法：根據數學關係，到已知兩個點(兩個水面定位基站)的距離差為常數，也就是說，水下終端發送訊號到兩個水面定位基站的時間差為常數，這就使得水下終端的位置一定處於以這兩個點為焦點的雙曲線上。那麼也就是說，若有四個已知點(四個水面定位基站)，將會有四條雙曲線(即一個水面定位基站會有一條雙曲線)，而四條雙曲線相交的一點就是水下終端的位置。
TDOA的具體演算法：1)假設測得定位標籤到第n個水面定位基站接收到水下終端所發出的超音波訊號的時刻為ti(i=1，2，3，4……n)，且假設水下終端到第n個水面定位基站的距離為ri(i=1，2，3，4……n)；
2)在各水面定位基站之間完全同步時間的情況下，得到定位標籤相對於多組水面定位基站(例如1#水面定位基站、2#水面定位基站、 3#水面定位基站和4#水面定位基站這四個水面定位基站組成的四組水面定位基站，且假設1#水面定位基站和2#水面定位基站為第一組水面定位基站，2#水面定位基站和3#水面定位基站為第二組水面定位基站，3#水面定位基站和4#水面定位基站為第三組水面定位基站，1#水面定位基站和4#水面定位基站為第四組水面定位基站)的距離差分別di12、di23、di34、di14，且分別具體為：
di12=r1-r2=(t1-t2)*c；
di23=r2-r3=(t2-t3)*c；
di34=r3-r4=(t3-t4)*c；
di14=r1-r4=(t1-t4)*c；
其中，i
Figure 110112084-A0101-12-0011-15
4，且i為正整數。
再利用擴展卡爾曼演算法EKF，可以計算出水下終端的座標，EKF演算法可以融合水下終端的水壓感測器、加速度等感測器資料優化結果。
3)假設海面上佈置有n個水面定位基站，同時利用TDOA演算法得到的多個測量值可以構成關於水下終端位置的雙曲線方式組，求解此方程組即可得到水下終端的座標如下：
Figure 110112084-A0101-12-0011-1
Figure 110112084-A0101-12-0012-2
其中，1#水面定位基站的位置為(x1，y1，z1)，2#水面定位基站的位置為(x2，y2，z2)，3#水面定位基站的位置為(x3，y3，z3)，4#水面定位基站的位置為(x4，y4，z4)，i
Figure 110112084-A0101-12-0012-14
4，且i為正整數。
聲波在水下傳輸的訊號衰減較小，可以傳輸的距離較遠，使用範圍可以從幾百米延伸至幾十公里，因此，聲波是水中資訊傳輸的主要載體。而水聲通訊工作原理：首先，水聲發射機將文字、語音、圖像等數位資訊在超音波基頻上進行調制，以轉換成電訊號；然後，水聲發射機的換能器將電訊號轉換成超音波訊號，超音波訊號在水中傳遞到水聲接收機的接收換能器，並將超音波訊號還原成電訊號；然後，經過水聲接收機的解調器將電訊號還原成數位訊號，再進行校驗糾錯；最後，將數位訊號還原成文字、語音、圖像等數位資訊。
水下超音波測距原理：超音波訊號在水中的傳播速度約為1500m/s，根據測量兩個點之間超音波傳播的時間，可以算出兩個點之間的距離。
圖1為本實施例的一種水聲定位及通訊系統的簡單示意圖。圖2為本實施例的一種水聲定位及通訊系統的詳細示意圖。如圖1和圖2所示，本實施例提供了一種水聲定位及通訊系統。所述水聲定位及通訊系統用於實現潛水人員或水下作業人員(即水下人員)的水下通訊、水下定位以及水下導航，具體的，可以實現潛水人員或水下作業人員(即水下人員) 之間互通，水下人員與水上系統之間的互通；水上系統對水下人員狀況的監控和保護，對水下人員所處環境的監控，水上系統對水下人員的調度；以及系統對水下人員的定位，使得其功能繁多。
所述水聲定位及通訊系統包括水上伺服器100、多個水面定位基站200以及若干水下終端300，所述水上伺服器100和多個水面定位基站200藉由無線網路通訊，所述水面定位基站200和水下終端300藉由水聲通訊方式通訊，具體的，多個所述水面定位基站200接入4G網路、5G網路或WIFI等無線網路，可以將若干所述水下終端300的資料轉換為無線網路訊號併發送給所述水上伺服器100，還可以將所述水上伺服器100的資料轉換為超音波訊號併發送給若干所述水下終端300，使得水下終端300和水下伺服器100可以即時通訊，以及對水下終端進行定位和導航。
所述水上伺服器100用於藉由所述水面定位基站200與所述水下終端300傳輸資料；還用於向所述水面定位基站200發送對所述水下終端300進行測距和/或定位的要求，並根據所述水面定位基站200上報的距離，計算出所述水下終端300的位置，從而對所述水下終端300可以進行定位、監控和跟蹤。所述水上伺服器100設置在陸地上。
所述水面定位基站200用於接收或發送無線網路訊號和超音波訊號，具體的，所述水面定位基站200用於接收所述水上伺服器100發送的資料，該資料為無線網路訊號，並將所述資料轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送給所述水下終端300；還用於接收所述水下終端300發送的資料，所述資料為超音波訊號，將所述超音波訊號轉換為無線網路訊號，並將所述無線網路訊號上報給所述水上伺服器100。多個所述水面定位 基站200可以藉由超音波掃描訊號所述水下終端300發出的超音波定位訊號幀，以對所述水下終端300進行測距和定位。所述水面定位基站200設置在水面上，使得其距離水下終端300較近，且使得水面定位基站200之間的訊號傳播均在水中進行。
所述水面定位基站200包括主控模組、超音波訊號調制解調模組、超音波訊號發生及接收模組、無線網路和GPS定位模組。所述水面定位基站200將所述水下終端300的資料轉發給水上伺服器100時：所述超音波訊號發生及接收模組用於接收所述水下終端300發送的超音波訊號，所述超音波訊號調制解調模組用於將所述超音波訊號還原成無線網路訊號，並藉由所述無線網路將所述無線網路訊號發送給水上伺服器100。所述水面定位基站200將所述水上伺服器100的資料轉發給所述水下終端300時：所述水面定位基站200藉由所述無線網路接收所述水上伺服器的資料，所述超音波訊號調制解調模組用於將所述資料調制成超音波訊號，所述超音波訊號發生及接收模組接收用於將所述超音波訊號發送給水下終端300。在水上伺服器100向所述水面定位基站200發出定位和/或測距請求時：所述水面定位基站200藉由所述無線網路接收所述定位和/或測距請求，並將所述定位請求發送給主控模組，所述GPS定位模組用於對所述水面定位基站200進行定位，以實現對所述水下終端300進行定位，確認以水下終端300的定位為參照的坐標系，並且利用GPS的時鐘對水面定位基站200的時鐘進行精確同步；所述水下終端300發出一個定位資料包，只要被所述水面定位基站200接收到就可以完成一次定位，所述水下終端300可以週期性發送定位資料包，水面定位基站200和水上伺服器100即時監控水下終端300的位置。所述主控模組用 於根據所述定位請求，測量所述水下終端300和水面定位基站200之間的測距和/或接收到的所述水下終端的定位時間戳記，並將所述距離上報給所述水上伺服器100。
所述水下終端300用於輸入輸出數位訊號，接收和發送超音波訊號；還用於進行數位訊號和超音波訊號之間的轉換。具體的，所述水下終端300用於輸入圖像、文字或語音等數位訊號，將所述數位訊號轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送給水面定位基站200；還用於接收所述水面定位基站200發出的超音波訊號，並將其轉換為圖像、文字或語音等數位訊號，並將所述圖像、文字或語音等數位訊號輸出。所述水下終端300的形態包括潛水面罩、水下感測器、穿戴在潛水或水下作業的使用者身上的穿戴式裝置、水下骨傳導器、水下機器人等，使得其載體種類繁多。所述圖像、文字或語音等數位訊號使得傳輸資料類型多。
所述水下終端300包括水聲發射器、水聲接收器和輸入輸出設備，所述水聲發射器和水聲接收器分別與所述輸入輸出設備電連接。所述水聲發射器用於將圖像、文字或語音等數位訊號轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送給水面定位基站200；所述水聲接收器用於從所述水面定位基站200接收超音波訊號，並將所述超音波訊號轉換為圖像、文字或語音等數位訊號；所述輸入輸出設備用於輸入或輸出圖像、文字或語音等數位訊號，並將所述數位訊號發送給所述水聲發射器，以及接收所述水聲接收器轉換後的圖像、文字或語音等數位訊號。
所述輸入輸出設備可以包括資訊顯示裝置、音訊模組和鍵盤輸入裝置中的任一項或幾項，以顯示組隊成員的資訊，以在成員落單時即 時提醒和報警，並示出導航，以及可以向組隊成員或則其他隊員求助。所述資訊顯示裝置例如是帶攝像頭的顯示幕或者帶攝像頭的智慧眼鏡，使得其可以拍攝圖片和/或顯示圖像，以藉由圖像來進行通訊，例如潛水面罩、穿戴式裝置(例如手機類)、水下機器人等；所述音訊模組用於接收語音並傳輸語音訊號，以藉由語音來進行通訊，例如骨傳導耳機、穿戴式裝置、水下機器人等；所述鍵盤輸入裝置用於輸入文字，以藉由文字來進行通訊，例如穿戴式裝置、水下機器人等。
可選的，所述輸入輸出設備可以包括保障設備，所述保障設備包括若干所述感測器，以在圖像、文字或語音等數位訊號無法傳送時實現水上和水下的通訊，例如潛水面罩、骨傳導耳機、穿戴式裝置、水下機器人等。
所述水聲定位及通訊系統還包括水上終端400，所述水上終端400與水上伺服器通訊連接，並藉由所述水上伺服器得到所述水下終端300發送的圖像、文字或語音等數位訊號，以監控所述水下終端300或攜帶所述水下終端300的使用者所處的工況，並對攜帶所述水下終端300的使用者狀況進行監控和保護。
本實施例還提供了一種水聲通訊方法，包括以下步驟：
步驟S11：提供至少兩個水下終端300；
步驟S12：一個所述水下終端300發出第一數位訊號，所述第一數位訊號為超音波訊號；
步驟S13：若干個所述水下終端300或水上伺服器400接收所述第一數位訊號，並回應第二數位訊號，一個所述水下終端300接收所述第 二數位訊號，從而實現至少兩個所述水下終端300的互相通訊。
以下結合1-4b對所述水聲通訊方法進行詳細說明。
圖3a為本實施例的水下終端300之間直接資料通訊的流程圖。如圖3a所示，以兩個所述水下終端300(水下終端300A和水下終端300B)為例，在所述水下終端300A和水下終端300B之間互相通訊時，首先，所述水下終端300A藉由公共廣播通道向所述水下終端300B發送連接請求；接著，所述水下終端300B向所述水下終端300A分配通訊通道；接著，所述水下終端300A發出文字、語音、圖像等第一數位訊號(即第一數位訊號)；接著，所述水下終端300B接收所述第一數位訊號，並以第二數位訊號回應；接著，所述水下終端300A接收所述第二數位訊號，如此往返若干次可以實現水下終端之間直接資料通訊。
圖3b為本實施例的水下終端之間的間接資料通訊的流程圖。如圖3b所示，以兩個水下終端300(水下終端300A和水下終端300B)為例，此時，水面定位基站也是兩個，其分別為水面定位基站200A和水面定位基站200B，所述水面定位基站200A接收和發送超音波訊號給水下終端300A，即所述水下終端300A與所述水面定位基站200A對應，同樣的，水下終端300B與水面定位基站200B對應。在水下終端300A和水下終端300B之間互相通訊時，首先，所述水下終端300A藉由公共廣播通道向所述水面定位基站200A發送連接請求；接著，所述水下終端300B向所述水下終端300A分配通訊通道；接著，所述水下終端300A將需要發出的文字、語音、圖像等第一數位訊號轉換為第一超音波訊號；接著，所述水面定位基站200A接收所述第一超音波訊號，並將所述第一超音波訊號轉換為第一無線網路訊 號，並將所述第一無線網路訊號發送給水上伺服器100，所述水上伺服器100將所述第一無線網路訊號發送給水面定位基站200B，所述水面定位基站200B將所述第一無線網路訊號還原成第一超音波訊號，並將所述第一超音波訊號發送給水下終端300B，所述水下終端300B將所述第一超音波訊號還原成圖像、文字或語音等第一數位訊號，並以對第二數位訊號回應，所述水下終端300B將所述第二數位訊號轉換為第二超音波訊號；接著，所述水面定位基站200B接收所述第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號轉換為第二無線網路訊號，並將所述第二無線網路訊號發送給水上伺服器100，所述水上伺服器100將所述第二無線網路訊號發送給水面定位基站200A，所述水面定位基站200A將所述第二無線網路訊號還原成第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號發送給水下終端300A；接著，所述水下終端300A將接收到的所述第二超音波訊號轉換成第二數位訊號，如此往返若干次可以實現水下終端之間的間接資料通訊。
圖3c為本實施例的水下終端與水上終端之間的通訊流程圖。如圖3c所示，以一個水下終端300A和一個水上終端400為例，在水下終端300A和水上終端400之間互相通訊時，首先，所述水下終端300A藉由公共廣播通道向所述水面定位基站200A發送連接請求；接著，所述水面定位基站200A向所述水下終端300A分配通訊通道；接著，所述水下終端300A將需要發出的文字、語音、圖像等第一數位訊號轉換為第一超音波訊號；接著，所述水面定位基站200A接收所述第一超音波訊號，將所述第一超音波訊號轉換為第一無線網路訊號，並將所述第一無線網路訊號發送給水上伺服器100，所述水上伺服器100將所述第一無線網路訊號發送給水上終端 400；所述水上終端400對第一無線網路訊號作出回應，並得到該回應回饋給水上伺服器100，所述水上伺服器100將該回應還原成第二無線網路訊號，所述水上伺服器100將所述第二無線網路訊號發送給水面定位基站200A，所述水面定位基站200A將所述第二無線網路訊號還原成第二超音波訊號，並將所述第二超音波訊號發送給水下終端300A；接著，所述水下終端300A將接收到的第二超音波訊號轉換為第二數位訊號，如此往返若干次可以實現水下終端300A與水上終端400之間的資料通訊。
圖4a為本實施例的每個水下終端的通訊流程示意圖。如圖4a所示，在所述水下終端與其他水下終端之間，或者在所述水下終端與水上終端之間的通訊時，所述水下終端300具有以下動作：首先，對所述水下終端進行初始化處理，具體的對水聲發射器、水聲接收器、輸入輸出設備進行初始化處理。接著，偵測超音波訊號和使用者操作，若偵測到所述超音波訊號，則所述水聲接收器接收超音波訊號，並將所述水聲接收器轉換為圖像、文字或語音等數位訊號，所述輸入輸出設備播放所述數位訊號；若偵聽到所述使用者操作，則所述水聲發射器將需要發出的所述數位訊號轉換為超音波訊號，並將所述超音波訊號發送出去。接著，判斷偵聽是否結束，若未結束，則返回步驟偵測超音波訊號和使用者操作；若結束則此次通訊結束。
圖4b為本實施例的每個水下終端通訊時水面定位基站的流程示意圖。如圖4b所示，在所述水下終端與其他水下終端之間，或者在所述水下終端與水上終端之間的通訊時，所述水面定位基站200具有以下動作：首先，每個所述水面定位基站200與水上伺服器100之間建立無線網路 連接。接著，GPS定位模組對所述水面定位基站200進行定位，以實現對所述水下終端進行定位，並將所述水下終端的位置上報給所述水上伺服器100。接著，對所述水面定位基站200進行初始化處理，具體的，對所述超音波訊號調制解調模組、超音波訊號發生及接收模組進行初始化處理，同時，所述水上伺服器100開啟偵聽。接著，偵測超音波訊號和無線網路訊號，若偵測到超音波訊號，則所述超音波訊號發生及接收模組接收所述超音波訊號，所述超音波訊號調制解調模組將所述超音波訊號所述超音波訊號還原成無線網路訊號，則所述水面定位基站200藉由所述無線網路將所述無線網路訊號發送給所述水上伺服器100，之後返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟；若偵測到無線網路訊號，藉由所述無線網路接收所述無線網路訊號，所述超音波訊號調制解調模組將所述無線網路訊號調制成超音波訊號，並將所述超音波訊號發送給水下終端300，之後返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟。接著，判斷偵聽是否結束，若結束則此次通訊結束，若未結束，則返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟。
本實施例還提供一種水下終端定位方法，基於水聲定位TDOA演算法，包括以下步驟：步驟S21：所述水下終端週期性的發送超音波訊號，所述超音波訊號為超音波定位訊號幀；步驟S22：多個所述水面定位基站接收所述超音波訊號，並記錄接收到的各所述超音波訊號的時間戳記；步驟S23：所述水上伺服器根據多個所述水面定位基站記錄的所述時間戳記計算所述水下終端的位置，以完成當次定位。
以下結合5a圖-7圖對所述水聲通訊方法進行詳細說明。
對所述水下終端定位方法例如是採用水聲定位TDOA演算法進行定位。由於所述水下終端300週期性的向所述水面定位基站200發送超音波定位訊號幀，即使在數位訊號(數據)的通訊過程中，所述超音波定位訊號幀也是穿插在所述數位訊號中發送給所述水面定位基站200的。TDOA演算法進行定位時，可以利用多個所述水面定位基站200之間的無線網路連接進行精確的同步時間，也可以不利用水面定位基站200之間的同步時間，每個所述水面定位基站200在收到超音波定位訊號幀後，利用固定時長的處理時間計算出所述水下終端300的位置，然後將該位置發送給伺服器。由於各個水面定位基站200之間距離差異導致的時間差異相對於聲波的傳播時間是可以忽略的，使得發送無線電波訊號的時間差異也是可以忽略的，因此，可以用最終訊號到達伺服器的時間戳記來計算時間差，從而實現了對所述水下終端300的定位。
圖5a為本實施例的需要各水面定位基站之間同步時間的水下終端的定位流程示意圖。如圖5a所示，需要各水面定位基站200之間同步時間的水下終端300的定位方法包括：首先，藉由各所述水面定位基站200之間的無線網路連接實現各所述水面定位基站200之間同步時間；接著，所述水下終端300週期性的向各所述水面定位基站200發送超音波定位訊號幀；接著，各所述水面定位基站200接收所述超音波定位訊號幀；接著，各所述水面定位基站200將接收到的所述超音波定位訊號幀的時間戳記發送給所述水上伺服器100；接著，所述水上伺服器100根據各所述水面定位基站200發送的時間戳記計算出所述水下終端300的位置，從而完成此次定位。
圖5b為本實施例的不需要各水面定位基站之間同步時間的水下終端的定位流程示意圖。如圖5b所示，不需要各水面定位基站200之間同步時間的水下終端300的定位方法包括：首先，所述水下終端300週期性的向各所述水面定位基站200發送超音波定位訊號幀；接著，各所述水面定位基站200接收所述超音波定位訊號幀；接著，各所述水面定位基站200將接收到的所述超音波定位訊號幀的時間戳記發送給所述水上伺服器100；接著，所述水上伺服器100記錄接收到的各所述超音波定位訊號幀的時間戳記，並根據各所述水面定位基站200發送的時間戳記計算出所述水下終端300的位置，從而完成此次定位。
在人們在潛水或水下作業時，如果單個成員脫離群體一定位置時，由於無法得到群體的位置，很容易造成人員落單，為了避免成員的脫單，本實施例還提供了一種水下終端組隊的操作方法。圖6為本實施例的至少兩個水下終端組隊的流程示意圖。如圖6所示，所述各水下終端300組隊的操作方法包括：首先，對組隊的各所述水下終端300進行定位。接著，廣播組隊的各所述水下終端300的位置。接著，判斷是否結束，若結束，則此次組隊結束；若未結束，則確認是否有水下終端離隊，若沒有水下終端離隊，則直接返回對各所述水下終端進行定位的步驟，若有水下終端離隊，則預警離隊的所述水下終端，並向離隊的所述水下終端提供其他所述水下終端的位置，根據離隊的水下終端與其他的水下終端之間的位置關係，提供導航指示其歸隊，並在離隊的所述水下終端歸隊後返回對各所述水下終端進行定位的步驟。上述方法在單個隊員離隊時，水上伺服器可以對該離隊的水下終端發出預警，並給出導航指示，以使得其可以返回團隊位置。
圖7為本實施例的水下終端地理圍欄操作流程示意圖。如圖7所示，本實施例還提供了一種水下終端地理圍欄操作方法，包括：首先，對在地理圍欄範圍中各所述水下終端300進行定位。接著，所述水上伺服器100判斷是否存在所述水下終端300超出所述地理圍欄範圍，若是，對超出所述地理圍欄範圍的水下終端300進行預警，同時根據所述水下終端300與所述地理圍欄之間的位置關係，提供導航指示其返回地理圍欄範圍中，並在其返回後結束導航；若否，則返回對在地理圍欄範圍中各水下終端300進行定位步驟中。
綜上所述，本發明提供一種水聲定位及通訊系統，定位、通訊、組隊及地理圍欄方法，水聲定位及通訊系統包括水上伺服器、多個水面定位基站以及若干水下終端，所述水上伺服器和多個水面定位基站藉由無線網路通訊，所述水面定位基站和水下終端藉由水聲通訊方式通訊，以實現所述水下終端之間的即時通訊，以及對所述水下終端進行定位和導航，從而解決潛水或水下作業時的溝通不順暢的問題，使得潛水人員或水下作業人員(即水下人員)之間互通，水下人員與水上之間的互通；水上系統對水下人員狀況的監控和保護，對水下人員所處環境的監控，水上系統對水下人員的調度，使得其功能較多，適應水下的多種需求。另外，所述數位訊號為圖像、文字或語音，使得傳輸資料類型多。
此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”的描述僅僅用於區分說明書中的各個元件、元素、步驟等，而不是用於表示各個元件、元素、步驟之間的邏輯關係或者順序關係等。
可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
100:水上伺服器
200:水面定位基站
300:水下終端

Claims (18)

  1. 一種水聲定位及通訊系統，包括有一水上伺服器、複數個水面定位基站以及複數個水下終端，該水上伺服器和該等水面定位基站藉由一無線網路通訊，該等水面定位基站和該等水下終端藉由一水聲通訊方式通訊，以實現該等水下終端之間之即時通訊，以及對該等水下終端進行定位和導航。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的水聲定位及通訊系統，其中該等水下終端用於輸入輸出一數位訊號，接收和發送一超音波訊號，並進行該數位訊號和該超音波訊號之間的轉換；該等水面定位基站用於對該等水下終端進行測距和定位，並將測距的結果和定位發送給該水上伺服器，並進行該超音波訊號和一無線網路訊號之間的轉換；該水上伺服器用於向該等水面定位基站發送對該等水下終端之一定位和/或測距請求，並根據該等水面定位基站上報的距離，計算出該等水下終端的位置；以及該等水下終端與該水上伺服器藉由該等水面定位基站進行資料傳輸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的水聲定位及通訊系統，其中該等水面定位基站包括一主控模組、一超音波訊號調制解調模組、一超音波訊號發生及接收模組、一無線網路和一GPS定位模組；
    其中，該等水面定位基站將該等水下終端之資料轉發給該水上伺服器時：該超音波訊號發生及接收模組用於接收該等水下終端發送之該超音波訊號，該超音波訊號調制解調模組用於將該超音波訊號轉換成該無線網路訊號，並藉由該無線網路將該無線網路訊號發送給該水上伺服器；其中，該等水面定位基站將該水上伺服器之資料轉發給該等水下終端時：該等水面定位基站藉由該無線網路接收該水上伺服器之資料，該超 音波訊號調制解調模組用於將資料調制成該超音波訊號，該超音波訊號發生及接收模組用於將該超音波訊號發送給水下終端；以及
    該水上伺服器向該等水面定位基站發出該定位和/或測距請求時，該等水面定位基站藉由該無線網路接收該定位和/或測距請求，並將該定位和/或測距請求發送給該主控模組，該GPS定位模組用於對該等水面定位基站進行定位，該主控模組用於根據該定位和/或測距請求，測量該等水下終端和該等水面定位基站之間之一距離，並將該距離和/或接收到的該等水下終端的一定位時間戳記上報給該水上伺服器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的水聲定位及通訊系統，其中該等水下終端包括一水聲發射器、一水聲接收器和一輸入輸出設備，該水聲發射器和該水聲接收器分別與該輸入輸出設備電連接；其中該水聲發射器用於將一數位訊號轉換為一超音波訊號，並將該超音波訊號發送給該等水面定位基站；該水聲接收器用於從該等水面定位基站接收該超音波訊號，並將該超音波訊號轉換為該數位訊號；其中該輸入輸出設備用於輸入或輸出該數位訊號，並將該數位訊號發送給該水聲發射器，以及接收該水聲接收器轉換後的該數位訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的水聲定位及通訊系統，其中該輸入輸出設備包括一資訊顯示裝置、一音訊模組和一鍵盤輸入裝置中之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的水聲定位及通訊系統，進一步包括一水上終端，該水上終端與該水上伺服器通訊連接，並藉由該水上伺服器得到該等水下終端發送的資料。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的水聲定位及通訊系統，其中該數位訊號為圖像、文字或語音。
  8. 一種水聲通訊方法，採用如申請專利範圍第1~7項中任一項的水聲定位及通訊系統，包含有以下步驟：
    提供複數個水下終端；
    至少一該水下終端發出一第一數位訊號，該第一數位訊號為一超音波訊號；以及
    另至少一該水下終端或一水上伺服器接收該第一數位訊號，並回應一第二數位訊號，該等水下終端接收該第二數位訊號，從而實現該等水下終端之間或者該水下終端與該水上伺服器之間的互相通訊。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的水聲通訊方法，進一步包含：
    一第一水下終端藉由一公共廣播通道向一第二水下終端發送一連接請求；
    該第二水下終端向該第一水下終端分配一通訊通道；
    該第一水下終端發出第一數位訊號；
    該第二水下終端接收該第一數位訊號，並以該第二數位訊號回應；以及
    該第一水下終端接收該第二數位訊號，從而實現兩個該水下終端之間直接通訊。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的水聲通訊方法，其中兩個水下終端之間形成間接通訊，包括：
    一個該水下終端藉由一公共廣播通道向一水面定位基站發送一連接請求；
    一個該水面定位基站向一個該水下終端分配一通訊通道；
    一個該水下終端將需要發出的一第一數位訊號轉換為一第一超音波 訊號；
    一個該水面定位基站接收該第一超音波訊號，將該第一超音波訊號轉換為一第一無線網路訊號，並將該第一無線網路訊號發送給該水上伺服器，該水上伺服器將該第一無線網路訊號發送給另一該水面定位基站，另一個該水面定位基站將該第一無線網路訊號還原成該第一超音波訊號，並將該第一超音波訊號發送給另一個該水下終端，另一個該水下終端將該第一超音波訊號還原成一第一數位訊號，並以一第二數位訊號回應，另一個該水下終端將該第二數位訊號轉換為一第二超音波訊號；
    另一個該水面定位基站接收該第二超音波訊號，並將該第二超音波訊號轉換為一第二無線網路訊號，並將該第二無線網路訊號發送給該水上伺服器，該水上伺服器將該第二無線網路訊號發送給該水面定位基站，該水面定位基站將該第二無線網路訊號還原成該第二超音波訊號，並將該第二超音波訊號發送給該水下終端；以及
    該水下終端將接收到的該第二超音波訊號轉換成該第二數位訊號。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的水聲通訊方法，其中該水下終端和一水上終端之間通訊包括：
    該水下終端藉由一公共廣播通道向該水面定位基站發送一連接請求；
    該水面定位基站向該水下終端分配一通訊通道；
    該水下終端將需要發出的一第一數位訊號轉換為一第一超音波訊號；
    該水面定位基站接收該第一超音波訊號，將該第一超音波訊號轉換為一第一無線網路訊號，並將該第一無線網路訊號發送給該水上伺服器，該水上伺服器將該第一無線網路訊號發送給該水上終端；
    該水上終端對該第一無線網路訊號作出一回應，並將該回應回饋給水上伺服器，該水上伺服器將該回應還原成一第二無線網路訊號，該水上伺服器將該第二無線網路訊號發送給該水面定位基站，該水面定位基站將該第二無線網路訊號還原成一第二超音波訊號，並將該第二超音波訊號發送給該水下終端；以及
    該水下終端將接收到的該第二超音波訊號轉換為一第二數位訊號。
  12. 如申請專利範圍第8~11項中任一項所述的水聲通訊方法，其中該等水下終端在通訊過程中具有以下動作：
    對該水下終端進行初始化處理；
    偵測一超音波訊號和一使用者操作；
    若偵測到該超音波訊號，則該水下終端的一水聲接收器接收該超音波訊號，並將該水聲接收器轉換為一數位訊號，一輸入輸出設備播放該數位訊號；
    若偵聽到該使用者操作，則該水下終端的一水聲發射器將需要發出的該數位訊號轉換為該超音波訊號，並將該超音波訊號發送出去；以及
    判斷偵聽是否結束；若未結束則返回偵測該超音波訊號和該使用者操作之步驟，若結束則此次通訊結束。
  13. 如申請專利範圍第8~11項中任一項所述的水聲通訊方法，其中該水面定位基站在通訊過程中具有以下動作：
    每一該水面定位基站與該水上伺服器之間建立一無線網路連接；
    該水面定位基站的一GPS定位模組對該水面定位基站進行定位以實現對該水下終端的定位，並將該水下終端的位置上報給該水上伺服 器；
    對該水面定位基站進行初始化處理；
    偵測該超音波訊號和該無線網路訊號；
    若偵測到該超音波訊號，則該水下終端的一超音波訊號發生及接收模組接收該超音波訊號，該超音波訊號調制解調模組將該超音波訊號還原成一無線網路訊號，藉由該無線網路將該無線網路訊號發送給該水上伺服器，之後返回執行偵測該超音波訊號和該無線網路訊號步驟；
    若偵測到該無線網路訊號，則該水面定位基站藉由該無線網路接收該無線網路訊號，該超音波訊號調制解調模組將該無線網路訊號調制成該超音波訊號，並將該超音波訊號發送給該水下終端，之後返回執行偵測該超音波訊號和該無線網路訊號之步驟；以及
    判斷偵聽是否結束，若結束則此次通訊結束，若未結束則返回執行偵測超音波訊號和無線網路訊號步驟。
  14. 一種水下終端定位方法，基於水聲定位TDOA演算法，且採用如申請專利範圍第1~7項中任一項的水聲定位及通訊系統，其中包括以下步驟：
    該水下終端週期性的發送超音波訊號，該超音波訊號為一超音波定位訊號幀；
    多個該水面定位基站接收該超音波訊號，並記錄接收到的各該超音波訊號的一時間戳記；以及
    該水上伺服器根據多個該等水面定位基站記錄的該時間戳記計算該水下終端的位置，以完成當次定位。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的水下終端定位方法，其中需要各水面定位 基站之間同步時間的水下終端的定位方法包含有以下步驟：
    藉由各該水面定位基站之間的該無線網路連接實現各該等水面定位基站之間同步時間；
    該水下終端週期性的向各該等水面定位基站發送超音波定位訊號幀；
    各該水面定位基站接收該超音波定位訊號幀；
    各該水面定位基站將接收到的該超音波定位訊號幀的時間戳記發送給該水上伺服器；以及
    該水上伺服器根據各該水面定位基站發送的時間戳記計算出該水下終端的位置，從而完成當次定位。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的水下終端定位方法，其中不需要各水面定位基站之間同步時間的水下終端的定位方法包含有以下步驟：
    該水下終端週期性的向各該水面定位基站發送超音波定位訊號幀；
    各該水面定位基站接收該超音波定位訊號幀；
    各該水面定位基站將接收到的該超音波定位訊號幀的時間戳記發送給該水上伺服器；以及
    該水上伺服器記錄接收到的各該超音波定位訊號幀的時間戳記，並根據各該水面定位基站發送的時間戳記計算出該水下終端的位置，從而完成當次定位。
  17. 一種水下終端組隊的操作方法，包含有以下步驟：
    採用如請求項14~16中任一項該的水下終端定位方法對組隊的各該水下終端進行定位；
    廣播組隊的各該水下終端的位置；以及
    判斷是否結束，若結束，則此次組隊結束，若未結束，則確認是否有 任一該水下終端離隊，若沒有任一該水下終端離隊，則直接返回對各該水下終端進行定位的步驟，若有任一該水下終端離隊，則採用如請求項8~13中任一項該的水聲通訊方法預警離隊的該等水下終端，並向離隊的該水下終端提供其他該水下終端的位置，並導航指示其歸隊，在其歸隊後返回對組隊的各該水下終端進行定位的步驟中。
  18. 一種水下終端地理圍欄操作方法，包含有以下步驟：
    採用如請求項14~16中任一項該的水下終端定位方法對在地理圍欄範圍中各該水下終端進行定位；以及
    該水上伺服器判斷是否存在該等水下終端超出該地理圍欄範圍，
    若是，則採用如請求項8~13中任一項該的水聲通訊方法對超出該地理圍欄範圍的該水下終端進行預警，同時提供導航指示其返回地理圍欄範圍中，並在其返回後結束導航，
    若否，則返回對在該地理圍欄範圍中各該水下終端進行定位步驟中。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114994598B (zh) * 2022-05-27 2025-09-16 河南顺博智能科技有限公司 一种基于分布式定位标签的水下定位系统及方法
CN116125388A (zh) * 2023-03-10 2023-05-16 天津望圆智能科技股份有限公司 水下清洁机器人的定位方法、系统、装置及存储介质

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200915782A (en) * 2007-09-26 2009-04-01 Hsin-Chi Su Network system used in the sea, assembly structure of antenna therefor, and communication method
US20090196122A1 (en) * 2005-08-16 2009-08-06 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
TW201008155A (en) * 2008-08-04 2010-02-16 Inventec Appliances Corp Mobile communication system utilizing peer to peer protocol and method therefor
TW201107779A (en) * 2009-03-17 2011-03-01 Qualcomm Inc Position location using multiple carriers
TW201417549A (zh) * 2012-10-31 2014-05-01 Wistron Corp 可攜式裝置與應用於其上的定位方法
US20180011189A1 (en) * 2015-06-22 2018-01-11 Navico Holding As Devices and methods for locating and visualizing underwater objects
TW201844040A (zh) * 2017-05-05 2018-12-16 美商高通公司 用於使用輔助資料之廣播以定位一行動裝置之方法及系統
US20190011565A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-10 3D at Depth, Inc. Underwater optical positioning systems and methods
US20200298949A1 (en) * 2019-03-22 2020-09-24 Vulcan Inc. Underwater positioning system
TW202043798A (zh) * 2019-05-30 2020-12-01 快意科技股份有限公司 位置定位系統

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
JP5076653B2 (ja) * 2007-06-07 2012-11-21 日本電気株式会社 通信システム、通信方法および基地局装置
US8854985B2 (en) * 2010-12-31 2014-10-07 Yossef TSFATY System and method for using ultrasonic communication
CN105652244A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 上海酷远物联网科技有限公司 移动终端定位方法、声波定位收发器、移动终端及系统
CN105657664A (zh) * 2016-02-29 2016-06-08 南京大学 一种移动互联网环境下基于位置共享的游客管理系统
CN105929405B (zh) * 2016-04-15 2019-02-01 燕山大学 异步时钟下水下移动目标协同定位方法
JP6965506B2 (ja) * 2016-10-06 2021-11-10 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 水中移動体及び水中通信システム
CN110912618A (zh) * 2019-11-18 2020-03-24 华南理工大学 一种基于水声通信基站的多用户潜水通信定位系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090196122A1 (en) * 2005-08-16 2009-08-06 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
TW200915782A (en) * 2007-09-26 2009-04-01 Hsin-Chi Su Network system used in the sea, assembly structure of antenna therefor, and communication method
TW201008155A (en) * 2008-08-04 2010-02-16 Inventec Appliances Corp Mobile communication system utilizing peer to peer protocol and method therefor
TW201107779A (en) * 2009-03-17 2011-03-01 Qualcomm Inc Position location using multiple carriers
TW201417549A (zh) * 2012-10-31 2014-05-01 Wistron Corp 可攜式裝置與應用於其上的定位方法
US20180011189A1 (en) * 2015-06-22 2018-01-11 Navico Holding As Devices and methods for locating and visualizing underwater objects
TW201844040A (zh) * 2017-05-05 2018-12-16 美商高通公司 用於使用輔助資料之廣播以定位一行動裝置之方法及系統
US20190011565A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-10 3D at Depth, Inc. Underwater optical positioning systems and methods
US20200298949A1 (en) * 2019-03-22 2020-09-24 Vulcan Inc. Underwater positioning system
TW202043798A (zh) * 2019-05-30 2020-12-01 快意科技股份有限公司 位置定位系統

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