水声通信装置及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010495760.X (22)申请日 2020.06.03 (71)申请人 天津大学 地址 300110 天津市南开区卫津路92号海 洋学院312室 (72)发明人 薛彬李睿达 (74)专利代理机构 深圳龙图腾专利代理有限公 司 44541 代理人 王春颖 (51)Int.Cl. H04B 13/02(2006.01) H04B 11/00(2006.01) H04L 5/14(2006.01) G01S 17/88(2006.01) (54)发明名称 一种水声通信装置及。

2、系统 (57)摘要 本发明适用于通信领域， 提供一种水声通信 装置及系统， 该水声通信装置包括： 多信源水声 信号输出组件， 用于向水环境发射多信源水声信 号； 第一探测组件， 包括若干激光雷达模块， 每个 激光雷达模块的探测光束可聚焦于一个或多个 空间检测点， 第一探测组件基于探测光束与声波 振动所发生的多普勒效应探测多个空间检测点 处的水声信号。 多信源水声信号输出组件提高了 水声信号的发射效率， 第一探测组件可对设备周 边的水声信号进行探测， 拓展了水声信号接收范 围， 在设备体积不大幅增加的情况下， 成倍增大 了探测孔径/范围， 增强了水声通信装置的信号 接收能力与水声信号多信源分辨力。

3、， 声发射与激 光接收于一体， 收发互不影响， 也保证了全双工 水声通信的实现。 权利要求书2页 说明书10页 附图7页 CN 111490832 A 2020.08.04 CN 111490832 A 1.一种水声通信装置， 其特征在于， 所述水声通信装置至少包括： 多信源水声信号输出组件， 用于向水环境发射多信源水声信号； 以及 第一探测组件， 所述第一探测组件至少包括若干激光雷达模块， 每个激光雷达模块的 探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点， 其中， 所述第一探测组件基于所述探测光束 与声波振动所发生的多普勒效应探测多个空间检测点处的水声信号。 2.如权利要求1所述的水声通信装置， 。

4、其特征在于， 所述激光雷达模块被设置为： 每个 空间检测点至少通过三个方向的探测光束进行检测。 3.如权利要求1所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述多信源水声信号输出组件包含 多个子输出模块； 每个所述子输出模块包含一个或者多个声发射头， 每个所述声发射头对应一个信源。 4.如权利要求1或3所述的水声通信装置， 其特征在于， 还包括： 第二探测组件， 用于探测水声信号， 所述第二探测组件与所述第一探测组件的探测区 域存在非重叠区域， 并且， 至少在检测过程中， 所述第二探测组件的检测端与所述空间检测 点之间的空间位置关系保持固定， 或者形成设定的相对运动关系。 5.如权利要求4所述的水声通。

5、信装置， 其特征在于， 所述第二探测组件为声接收器， 或 为利用激光探测声场变化的探测装置； 其中， 所述利用激光探测声场变化的探测装置包括： 至少一组多方向声场探测组件， 每一组所述多方向声场探测组件包括多组激光检测装 置； 其中， 所述多组激光检测装置按预设方式排布， 使得所述多组激光检测装置所对应的 探测光束可在指定探测平面上交织形成平面光网或者在指定区域交织形成三维光网， 所述 激光检测装置以此排布方式对经过所述平面光网或者三维光网的声场进行探测； 其中， 每组所述激光检测装置包括： 激光器； 与所述激光器相对设置的接收器； 以及 由若干分光镜与反射镜构成的分光光路， 所述激光器发出的。

6、激光可在所述分光光路之 间分束形成参考光束与所述探测光束， 且所述参考光束与探测光束最终在所述接收器上合 束。 6.如权利要求5所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述多信源水声信号输出组件位于 所述平面光网或者三维光网后方， 并使所述多信源水声信号输出组件向外输出的多信源声 波信号可穿过所述平面光网或者所述三维光网。 7.如权利要求4所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述第一探测组件中的激光雷达模 块以全包围或半包围的形式排布于所述第二探测组件周边； 所述多信源水声信号输出组件并排于所述第一探测组件与所述第二探测组件之间。 8.如权利要求7所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述水声通信装。

7、置还包括外壳， 所 述外壳包括水声通信收发部以及收纳部； 其中， 所述水声通信收发部为盘状结构， 所述第二探测组件设置于所述盘状结构的中 间部位； 所述第一探测组件中的激光雷达模块排布于所述盘状结构的边缘， 且其探测方向 朝向侧面； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111490832 A 2 所述收纳部用于容纳所述第一探测组件、 第二探测组件、 多信源水声信号输出组件本 身的或者相连接的电路模块。 9.如权利要求8所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述盘状结构的边缘为可活动的安 装结构， 用于安装所述激光雷达模块， 所述安装结构被设置为： 可相对所述水声通信收发部旋转； 和/或者 所述安装。

8、结构上设有激光雷达模块安装座， 所述激光雷达模块安装座可相对于所述安 装结构进行翻转， 以调节激光雷达模块的角度。 10.如权利要求9所述的水声通信装置， 其特征在于， 所述安装结构由多段子安装结构 可活动连接而成， 包括至少一个第一子安装结构与至少一个第二子安装结构； 其中， 所述第一子安装结构与所述水声通信收发部固定连接或者可滑动连接， 所述第 二子安装结构与水声通信收发部可拆卸连接， 所述第二子安装结构可与水声通信收发部脱 离直接连接， 而通过第一子安装结构与水声通信收发部维持间接连接关系。 11.如权利要求1所述的水声通信装置， 其特征在于， 还包括： 后台处理装置， 用于控制 水声通。

9、信装置的工作， 并处理通信数据。 12.一种水声通信系统， 其特征在于， 包括至少两个如权利要求111任意一项权利要求 所述的水声通信装置， 至少两个水声通信装置间通过多信源水声信号进行通信。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111490832 A 3 一种水声通信装置及系统 技术领域 0001 本发明属于通信领域， 尤其涉及一种水声通信装置及系统。 背景技术 0002 声波在水下目标声探测、 水声通信、 水下声定位与导航、 海底地形测量、 医学超声 成像、 工业无损检测等领域有着广泛的应用。 0003 其中， 水声通信 （Underwater Acoustic Communication）。

10、 是一项在水下收发信息 的技术， 是当前海洋军事中最重要和关键的技术。 其工作原理是首先将文字、 语音、 图像等 信息， 通过电发送机转换成电信号， 并由编码器将信息数字化处理后， 换能器又将电信号转 换为水声信号。 水声信号通过水这一介质， 将信息传递到接收换能器， 这时水声信号又转换 为电信号， 解码器将数字信息破译后， 电接收机才将信息变成声音、 文字及图片等。 0004 水声通信技术中一般使用的是模拟信号， 可是海洋中的波浪、 鱼类、 舰船等产生噪 声， 使海洋中的声场极为混乱， 声波在海水中传递时产生 “多途径干扰信号” 这一较大的难 题， 导致接收到的信号模糊不清。 因此， 在水声。

11、通信技术中， 对水声信号的接收、 探测尤为关 键， 其中， 增大设备对水声信号的接收、 探测孔径是一种方式。 0005 但是， 经典声呐探测体制必须考虑被探测目标范围、 可搭建平台尺度、 接收声波信 息量、 探测分辨力等相互影响又制约的问题。 理论上可搭建一个无限大的声接收孔径实现 极大信息量的高效获取， 但过大的设备体量其实并不适合实际应用。 0006 因此， 现有的水声通信系统的水声信号接收体制难以在测量效果好和设备体积小 型化之间找到一个完美的平衡点， 往往不是设备体积过大就是测量范围过小， 甚至两种缺 点兼具。 发明内容 0007 本发明实施例的目的在于提供一种水声通信装置、 系统， 。

12、旨在解决现有的水声通 信系统中接收体积过大、 测量效果差的问题。 0008 本发明实施例是这样实现的， 一种水声通信装置， 所述水声通信装置至少包括： 多信源水声信号输出组件， 用于向水环境发射多信源水声信号； 以及 第一探测组件， 所述第一探测组件至少包括若干激光雷达模块， 每个激光雷达模块的 探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点， 其中， 所述第一探测组件基于所述探测光束 与声波振动所发生的多普勒效应探测多个空间检测点处的水声信号。 0009 本发明实施例还提供一种水声通信系统， 包括至少两个如上所述的水声通信装 置， 至少两个水声通信装置间通过多信源水声信号进行通信。 0010 在上述。

13、方案中， 多信源水声信号输出组件提高了水声信号的发射效率， 第一探测 组件可对设备周边的水声信号进行探测， 拓展了水声信号接收范围， 在设备体积不大幅增 加的情况下， 成倍增大了探测孔径/范围， 增强了水声通信装置的信号接收能力与水声信号 多信源分辨力， 声发射与激光接收集成于一体， 收发互不影响， 也保证了全双工水声通信的 说明书 1/10 页 4 CN 111490832 A 4 实现。 附图说明 0011 图1是本发明实施例提供的一种水声通信装置的结构示意图； 图2是本发明实施例提供的一种第一探测组件的简化结构的立体示意图； 图3是本发明实施例提供的一种第一探测组件的简化结构的仰视图； 。

14、图4是本发明实施例提供的一种水声通信装置等效成实体声换能器的探测孔径示意 图； 图5a是本发明实施例提供的一种第二探测组件的立体结构示意图； 图5b为本发明实施例提供的一种第二声探测组件的俯视图； 图6是本发明实施例提供的一种激光检测装置利用激光干涉法测量声场的光路示意 图； 图7是本发明实施例提供的一种水声通信装置的简化剖视图； 图8是本发明实施例提供的一种水声通信装置的立体效果图； 图9是本发明实施例提供的一种水声通信装置的一种优化结构的简化示意图。 具体实施方式 0012 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解。

15、， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0013 可以理解， 本申请所使用的术语 “第一” 、“第二” 等可在本文中用于描述各种元件， 但除非特别说明， 这些元件不受这些术语限制。 这些术语仅用于将第一个元件与另一个元 件区分。 0014 结合图17， 在一种实施例中， 提供了一种水声通信装置100， 结合图示的内容， 该 水声通信装置100至少包括： 多信源水声信号输出组件30， 用于向水环境发射多信源水声信号； 以及 第一探测组件10， 所述第一探测组件10至少包括若干激光雷达模块11， 每个激光雷达 模块11的探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点， 其中。

16、， 所述第一探测组件10基于所 述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应探测多个空间检测点12处的水声信号， 并形成 第一水声通信数据， 该第一水声通信数据可以进一步被加工、 处理， 形成可识别的数据。 0015 在本实施例中， 水声通信装置100用于水下通信， 因此， 在进行工作时， 该水声通信 装置100处于水环境中， 该水环境可以是海洋、 湖泊、 河道等等， 具体不作限定。 0016 在本实施例的一种情况中， 多信源水声信号输出组件30可以是换能器组件， 可以 将携带通信信息的电信号转换为水声信号 （即水声信号） ； 在另一种情况中， 多信源水声信 号输出组件30包含换能器组件， 以及信号。

17、转换模块； 该信号转换模块可以将文字、 语音、 图 像等信息转化成电信号， 然后通过换能器将该电信号转化为声波信号。 0017 在本实施例的一种情况中， 多信源水声信号输出组件30可以输出多信源水声信 号， 该多信源水声信号包含有至少两个通道的声波信号， 信源是指信息的发送器件， 这里的 “多信源” 可以理解为多个并列的信号输出通道/装置； 通过多信源进行水声信号输出， 实现 说明书 2/10 页 5 CN 111490832 A 5 了全双工水声通信， 极大提高了水声信号传输效率。 0018 在本实施例的一种情况中， 所述多信源水声信号输出组件30包含多个子输出模块 31； 每个所述子输出模。

18、块31包含一个或者多个声发射头， 每个所述子输出模块31或者声发 射头对应一个信源。 其中， 多个子输出模块31可以以阵列形式排布， 可以是方阵、 圆阵、 多边 形阵、 环阵或者其他形式， 具体不限制； 每个子输出模块31的形状可以根据实际需要设定， 比如可以呈条状块状， 可以呈圆形、 多边形或者不规则形状。 0019 在本实施例的一种情况中， 第一探测组件中的激光雷达模块11一般是可实现定点 检测的激光雷达器件， 功能类似于可进行定点检测的激光测振仪、 激光多普勒测速仪等仪 器， 但相对于这些仪器而言， 本实施例中的激光雷达模块11可以采用更小的硬件尺寸来极 大提高测量范围/孔径， 其探测范。

19、围/孔径的增大不需要硬件尺寸的同步增大。 作为一个示 例， 第一探测组件10中的激光雷达模块11可以采用凝视雷达， 其可以实现将探测光束汇聚 于多个空间检测点12。 0020 可以理解的， 第一探测组件10所检测的水声信号主要是指来自于其他方水声通信 装置 （其与本实施例中的水声通信装置进行通信） 的水声信号， 而本实施例中的多信源水声 信号输出组件30也会向水环境发射多信源水声信号， 本实施例中的第一探测组件由于采用 激光雷达模块进行测声， 其检测区域是可以与多信源水声信号输出组件互不干涉， 可以较 大程度上避免收发信号的相互干扰； 当然， 实际应用中也无法完全避免信号之间相互干扰， 但是，。

20、 这些干扰可以通过软件算法进行修正， 不会影响正常的水声通信， 从而保证了全双工 水声通信的实现。 0021 在本实施例中， 提供了一种包括多信源水声信号输出组件与具有若干激光雷达模 块的第一探测组件的水声通信装置， 其可以极大提高水声信号的传输效率以及多信源分辨 力。 0022 具体的， 相比传统的声呐发射装置， 本实施例的多信源水声信号输出组件可以同 时通过多个信源输出声波信号， 也就是说单位时间内可以发射的信号可以成倍增加 （即随 着信源数的增加而增加） ； 但是， 多个信源输出的声波信号在水中传播时， 由于声波的传播 特点， 当其从发射方传播到接收方时， 其不可避免的会相互混合， 随着。

21、声波传播距离的增 大， 水声信号还会发生扩散/分散 （如图2所示， 图2中所标注的 “水声信号” 为来自于其他方 的多信源水声信号） ， 此时， 如果多信源水声信号的接收方的接收孔径/范围过小， 那么其将 无法接收全部通道的声波信号， 也无法将混合在一起的多信源水声信号进行区分， 因此导 致接收方接收到的信号不全、 分辨力不高， 导致水声通信效率低下， 甚至通信失败。 而本实 施例中， 第一探测组件基于激光雷达模块的聚焦探测光束可对指定的空间检测点处的水声 信号进行探测， 激光雷达模块的探测光束的聚焦点所能达到的范围便是探测孔径所能达到 的范围， 大大拓展了水声信号的接收范围， 相比于传统的声。

22、呐探测体制， 可以在体积不大幅 度增加的情况下， 成倍地增大声场的探测孔径/范围， 不仅可以更加充分地探测到分散开的 多信源水声信号， 而且通过多点检测得到的探测信号， 还可以进一步用于解算每一个信源 的声波信号所对应的通信信息， 因此， 极大增强了水声通信装置的信号接收能力， 并提高了 对多信源的水声信号的分辨能力。 0023 在一个实施例中， 图2、 图3是将第一探测组件单独剥离出来的两种结构示意图 （将 多信源水声信号输出组件省略） ， 为简化画法； 其中， 图2、 图3中第一探测组件10的探测光束 说明书 3/10 页 6 CN 111490832 A 6 用虚线表示， 未将所有的空间。

23、检测点12对应的探测光束画出， 仅示意性地画出几组； 另外， 一个空间检测点12只画出两根代表探测光束的虚线， 并非代表一个空间检测点12处只经过 两个方向的探测光束， 图中为简化画法， 仅简单示意探测光束汇聚的效果， 实际当中， 每个 空间检测点至少应当经过三个方向的探测光束。 图2中的激光雷达模块11仅示例性地画出 几组， 图2中的2个半省略号代表未画出的激光雷达模块。 0024 在一个实施例中， 需要说明的是， 在第一探测组件10中， 采用激光雷达模块11作为 声场探测工具对水声信号进行测量， 是基于其探测光束与声波振动所发生的多普勒效应来 实现的； 具体的， 因声波振动改变传播介质的折。

24、射率， 使得激光雷达模块11发射的探测光束 经过该传播介质 （本实施例中为水介质） 时光程差发生改变， 而该光程差的改变通过激光雷 达模块可测得， 根据光程差与传播介质的相关物理属性 （例如传播介质的密度、 折射率等 等） 的关系即可得到声场所造成的折射率变化数据， 从而进一步解算出该水声信号中所携 带的通信信息。 0025 在本实施例的一种情况中， 水声信号携带了信号发送方编码进去的相关信息 （比 如文字、 语音、 图像等） ， 通过声音的相关参数 （比如振动速度、 相位、 振幅等） 的设置， 可以实 现通过声音在水中进行信息传输； 因此， 只要能够探测到水声信号， 并解算出其振动速度、 相。

25、位及振幅等参数， 就能通过相关的通信协议分析出其所携带的信息。 其中， 每个空间检测 点的水声通信数据可以表达为一个复数R+jI， 其中， 复数的大小表示水声信号的声振幅， 复 数的相角表示水声信号在该点处、 在取值时刻的声相位。 0026 在一种情况中， 对于多信源水声信号， 当其传播得越远时， 其就有可能分散得越 开， 对应的接收/探测孔径必须足够大才能实现更加全面、 充分的检测要求， 针对这一点， 本 实施例中可以提供比传统技术大得多的探测孔径来实现； 而对于多信源的水声信号之间的 相互干扰问题， 在本实施例中， 理论上只要空间检测点的数量够多， 分布范围够宽， 便能够 列出足够多的方程。

26、将各个信源所对应的水声信号区分出来， 并解算出对应的通信信息。 0027 在一种情况中， 第一探测组件10中的激光雷达模块11所发射的激光含有多道探测 光束， 并且， 这些探测光束可被调制成聚焦光束， 每个激光雷达模块11形成一组或者多组聚 焦光束， 即每个激光雷达可以探测一个或者多个空间检测点的水声信号。 这些空间检测点 为虚设的空间点， 需要事先标定好， 该空间检测点即激光雷达模块聚焦光束的聚焦点， 并且 至少在探测过程中， 所有空间检测点之间的相对位置是保持固定不变的， 以保证这些点处 的数据满足事先标定好的位置关系， 便于计算。 0028 在一个实施例的一种情况中， 对于空间检测点12。

27、， 其在设备搭建以后， 先对激光雷 达模块11的探测光束进行调试聚焦， 然后将聚焦点标定成为我们所谓的空间检测点12； 在 另一种情况中， 对于空间检测点12， 其可以是事先规划好的空间点， 待设备搭建以后， 将激 光雷达模块11的探测光束调试聚焦到该事先规划好的空间点上。 0029 在一种情况中， 因为每个空间检测点12均为激光雷达模块11的探测光束的其中一 个聚焦点， 既然是聚焦点， 那就是说每个空间检测点均具有多个方向的探测光束经过， 激光 雷达模块采集经过这些空间检测点的探测光束的返回信号， 形成第一水声通信数据， 该第 一水声通信数据中便包含有关于每个空间检测点的多个方向的检测数据，。

28、 据此， 便可计算 出每个空间检测点处的声波振动相位； 只要空间检测点的数量和分布适当， 便可以根据第 一水声通信数据计算出水声信号中所携带的通信信息。 说明书 4/10 页 7 CN 111490832 A 7 0030 在一个实施例中， 激光雷达模块11被设置为： 每个空间检测点12至少通过三个方 向的探测光束进行检测； 因为本实施例是利用激光探测光束与声波振动所发生的多普勒效 应， 去探测水声信号引起的激光频率变化， 该激光频率的变化量体现的是声波振动速度； 具 体的， 对于经过空间检测点的不同方向的探测光束而言， 每个方向的探测光束检测到的激 光频率变化量代表了该空间检测点处的水声信号。

29、在对应空间投影方向 （即对应的探测光束 的发射方向） 的声波振动速度， 至少三个方向的投影可合成得到该空间检测点处声波振动 的实际速度， 计算可得该空间检测定点处的声波振动相位与幅度。 0031 上述实施例中， 利用激光雷达模块10的探测光束与声波振动之间所发生的多普勒 效应来探测事先标定的空间检测点处的水声信号， 并形成第一水声通信数据； 相对于传统 的声呐探测体制， 本实施例中将激光雷达模块引入到声场探测领域， 激光雷达模块的聚焦 点 （也即空间检测点） 所能达到的空间范围就是其可探测的孔径/范围， 如图4所示， 其是水 声通信装置100的探测孔径/范围示意图， 其中边界50为虚拟探测孔径。

30、边界， 等效于采用实 体声换能器、 声接收器时的探测孔径 （实体声换能器的硬件尺寸大于探测孔径） ， 该边界50 内部区域为水声通信装置所对应的空间检测点所覆盖的空间范围， 其中， 位于边界50上的 空间检测点代表离所述的水声通信装置最远的空间检测点。 0032 将图1、 2、 3与图4结合起来看， 水声通信装置100位于图4中边界50内侧， 其做成实 际产品时， 可以只占边界50中很小的区域， 其通过探测光束的聚焦作用， 对空间检测点进行 探测， 该空间检测点可拓展的范围， 就是等效探测孔径的大小； 在实际中， 空间检测点与激 光雷达模块间的距离甚至可达100米， 也就是说， 如果多个激光雷。

31、达模块向四周同时检测的 话， 实际的有效探测孔径可拓展到2*100米， 即该边界50的直径可达200米， 而本实施例的设 备体积相对于该孔径而言几乎可以忽略不计， 但换成传统的声呐的话， 相当于其硬件直径 要大于200米才有可能实现与本申请等同的效果； 也就是说， 相比于现有的声呐体制而言， 本实施例中的水声通信装置不仅可以更加便携， 而且探测范围/孔径大大提高。 本实施例综 合考虑水下激光雷达特点、 水声信号可搭载目标信息同时也可被测量的特点、 水下激光雷 达作用距离有限等特点， 化水下激光雷达的劣势为优势， 将其用于测量声来波信息， 提升声 呐有效接收孔径， 但并不显著提升实际物理孔径尺度。

32、， 解决了上述技术需求和现实限制之 间的矛盾。 0033 在一个实施例中， 结合图5a、 5b、 6、 7、 8， 水声通信装置100还包括： 第二探测组件20， 用于探测水声信号， 形成第二水声通信数据， 其中， 所述第二探测组 件20与所述第一探测组件10的探测区域存在非重叠区域； 并且， 至少在检测过程中， 所述第 二探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持固定， 或者形成设定 的相对运动关系。 0034 在本实施例的一种情况中， 所述第二探测组件20为： 声接收器， 例如接收换能器； 或为可利用激光探测声场变化的探测装置， 例如激光测振仪、 激光多普勒测速仪等。 。

33、0035 在本实施例的一种情况中， 所述第二探测组件20与所述第一探测组件10的探测区 域存在非重叠区域， 包括两者的探测区域互不干涉、 互补或者在边缘处局部重叠等情况。 具 体的， 互不干涉， 是指两者各自针对一片空间区域对水声信号进行探测， 两片探测区域的边 界之间不相干涉， 即没有重合的区域； 而探测区域互补， 是指两片探测区域相衔接的边界之 间恰好相契合； 探测区域在边缘处局部重叠， 是指两片探测区域的边缘可以局部重叠， 但仅 说明书 5/10 页 8 CN 111490832 A 8 限于在边缘处的局部重叠。 那么这样， 第一水声通信数据和第二水声通信数据在空间角度 而言， 可以相互。

34、补充， 两者可体现水声信号在空间不同位置的分布情况， 可以形成较为完整 的水声通信数据集合。 0036 在一个实施例中， 至少在检测过程中， 所述第二探测组件20的检测端与所述空间 检测点12之间的空间位置关系保持固定， 或者形成设定的相对运动关系； 即至少在检测的 时候， 只要第一探测组件10与第二探测组件20的检测节拍保持同步， 那么， 第一水声通信数 据与第二水声通信数据就能保持同步， 便于计算、 合成通信信息。 0037 在一种情况中，“至少在检测过程中， 所述第二探测组件20的检测端与所述空间检 测点12之间的空间位置关系保持固定， 或者形成设定的相对运动关系” 中的 “至少在检测过。

35、 程中” 是指 “所述第二探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持 固定， 或者形成设定的相对运动关系” 的状态包括但不限于存在于检测过程中， 也就是说， 第二声场探测组件的检测端与空间检测点之间只要在检测过程中保持固定的空间位置关 系或者形成设定的相对运动关系即可， 在位置标定之前， 他们之间是否保持该位置关系固 定的状态则不作要求。 当然为了降低调试和计算复杂度， 可以使第二探测组件20的检测端 与第一探测组件10的激光雷达模块11的探测光束聚焦点 （检测时对应于空间检测点） 间形 成固定的空间位置关系， 标定好之后， 那么在后续在检测过程中， 这些激光雷达模块11的。

36、探 测光束的聚焦点所对应的空间检测点自然能够与第二探测组件20的检测端间保持固定的 空间位置关系。 0038 在一种情况中， 所述第二探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位 置关系保持固定， 该位置关系在检测前先标定好， 并录入系统； 当然， 这种位置关系实质上 还可以理解为： 第二探测组件20的检测点/线/面 （即检测区域） 与第一探测组件10的空间检 测点12之间保持固定的空间位置关系； 这样的位置关系便于第一水声通信数据和第二水声 通信数据的融合计算。 在另一种情况中， 所述第二探测组件20的检测端可以相对于所述空 间检测点12 （各空间检测点12间的相对位置关系依旧保持不。

37、变） 之间以某种设定的运动规 则 （比如为了特定数据要求而进行扫描检测） 进行动态检测， 当然， 两者间的运动关系需事 先在计算模型中设定好； 当然， 这种情况中所表述的这种位置关系实质上还可以理解为： 第 二探测组件20的检测点/线/面 （即检测区域） 与第一探测组件10的空间检测点12之间形成 设定的相对运动关系。 0039 在一种情况中， 所述第一探测组件10中的激光雷达模块11以全包围、 半包围或不 包围的形式排布于所述第二探测组件20周边； 为了使整体结构更加紧凑时， 可以采用全包 围或半包围形式， 当然， 具体的排布方式根据实际的应用来选择。 0040 在一种情况中， 所述第一探测。

38、组件10排布于所述第二探测组件20周边， 且各激光 雷达模块11的探测光束的发射方向朝外。 检测时， 第二探测组件20的对水声信号的探测区 域一般限于探测端的体积 （例如， 采用声呐时， 该探测区域局限于声呐的接受面大小； 采用 激光测振仪或激光多普勒测速仪时， 探测区域局限于设备硬件所构建的探测区域， 其探测 边界无法超出硬件边界） ； 而第一探测组件10可以对设备硬件之外的周边区域进行探测， 其 探测边界超出了硬件边界。 第一、 二声场探测数据分别代表了在不同空间位置所测得的声 场数据， 在空间意义上可进行互补， 从而对其他水声通信装置发射的多信源声波信号的探 测更为全面和充分。 说明书 。

39、6/10 页 9 CN 111490832 A 9 0041 在一个实施例中， 结合图5a、 5b， 所述第二探测组件20为利用激光探测声场变化的 探测装置 （图5a、 5b为利用激光探测声场变化的探测装置单独抽离出来的结构示意图） ， 包 括： 至少一组多方向声场探测组件21， 每一组所述多方向声场探测组件21包括多组激光检 测装置211； 其中， 所述多组激光检测装置211按预设方式排布， 使得所述多组激光检测装置211所 对应的探测光束可在指定探测平面上交织形成平面光网或者在指定区域交织形成三维光 网 （图中未示出） ， 所述激光检测装置以此排布方式对经过所述平面光网或者三维光网的声 场。

40、进行探测。 0042 在一种情况中， 以探测光束形成平面光网的方式作为示例， 每一组多方向声场探 测组件21中的多组激光检测装置211按一定的方式排列， 使得各组探测光束能够共同位于 一个探测平面上， 当这些探测光束包含多个探测方向时， 就在探测平面上形成交织的状态； 在这种排布状态下， 激光检测装置所测得的数据可通过预设算法解算出该探测平面上的多 个点的折射率， 当探测光束越多， 探测方向越多， 也即探测密度越大， 最终可解算出折射率 的点也越多， 将这些点对应的折射率信息整体综合起来， 便形成了该探测平面关于被探测 声场所对应的折射率场的分布状态， 并可据此得到声场分布状态， 并进一步解析。

41、出通信内 容。 0043 在一种优选实施例中， 第一探测组件10对应的空间检测点12与第二探测组件20的 平面光网共面， 这样， 相当于在一个探测面上增大声场探测范围， 其探测效果等同于将第二 探测组件20的结构扩大到可包围所有空间检测点的探测效果， 也就是说， 通过这样的设置 方式可以在设备体积不做较多增大的情况下即可将探测范围扩大到空间检测点所能达到 的地方。 0044 在一个实施例中， 第二探测组件20包含多组多方向声场探测组件21， 通过多组多 方向声场探测组件21 （如图5a、 图5b所示的21A、 21B代表两组相互层叠多方向声场探测组 件） 同时对待测声场进行测量， 可以同时得到。

42、待测声场在各探测平面上的声场分布数据， 最 终可以极大地提高被探测目标的分辨率。 0045 在一个实施例中， 所述第二探测组件还包括用于安装所述多方向声场探测组件的 固定装置22， 所述固定装置22的中间形成贯穿的声波通道， 该声波通道即中空区域， 可让声 波自由经过。 0046 所述多方向声场探测组件21中的多组激光检测装置211沿所述固定装置22的周边 环布， 通过激光检测经过所述声波通道的水声信号。 0047 在一个实施例中， 结合图5b、 图6所示， 每组激光检测装置211包括： 激光器23； 与所述激光器相对设置的接收器24； 以及 由若干分光镜 （251， 252） 与反射镜 （2。

43、61， 262） 构成的分光光路， 所述激光器23发出的激 光可在所述分光光路之间分束形成参考光束与探测光束， 且所述参考光束与探测光束最终 在所述接收器24上合束， 由接收器24进行采集。 0048 详细的， 如图6 （为通过激光干涉法测量声场的示意图） 所示， 一束激光a由激光器 23发射后， 被分光镜251分成两束， 一束作为参考光束b， 另一束作为探测光束c， 该探测光束 说明书 7/10 页 10 CN 111490832 A 10 c与声场直接作用， 因声场改变激光传播路径上的折射率， 进而影响激光传播光程， 所以在 探测器24上会得到激光合束后的波动信号， 这种波动是由声场影响折。

44、射率分布带来的。 0049 在本发明的一个实施例中， 图6仅示出激光干涉法测量的原理， 在实际结构中， 应 当保持参考光线b不和声场相互作用， 即参考光束b不直接经过声波通道传播至对面接收 器， 而是通过导光装置 （比如反射镜组合结构） 进行导光， 使参考光束b沿声波通道的周边绕 行， 也可以看做参考光束b沿固定装置22的周边绕行， 从而传播至对面的接收器上； 该导光 装置也可以是光纤， 只要将该光纤按合适的路径布置走线并固定好即可将参考光束引导至 对面的接收器上。 0050 对于三维光网， 基于前述结构， 只需要将探测光束的发射方向倾斜调整， 对应的接 收端设置在发射端对面的对应位置即可， 。

45、具体倾斜方式、 角度可以根据实际要求设定， 此处 并作限制。 0051 在一个实施例中， 第一探测组件10、 第二探测组件20、 多信源水声信号输出组件30 之间可以相互独立设置， 也可以通过相关的连接结构连为一体。 0052 在一个实施例中， 第一探测组件10中的激光雷达模块11可以围合成环形结构； 当 然， 其还可以围合成方形结构、 多边形结构， 或其他围合结构， 且各激光雷达模块的探测光 束的发射方向朝外。 在另一种情况中， 第一探测组件10还可以不形成围合结构， 比如以线阵 结构的形式排布 （可以排成一条或多条线） ； 又比如， 可以排成折线、 曲线的结构， 其排布形 式可根据实际需要。

46、设定。 0053 在一个实施例中， 第一探测组件中的激光雷达模块11之间可以分别独立设置， 或 者通过一支架13 （如图3所示） 固定连接， 必要时候， 该支架13可以做成设备外壳， 在不影响 探测效果的基础上， 该设备外壳可以进一步做成可包裹第一探测组件的防水结构， 以便于 进行水下探测。 0054 在一种情况中， 第一探测组件10中的激光雷达模块11的发射端位于同一平面上， 在该情况中， 可以进一步调制激光雷达模块， 使探测光束的聚焦点 （对应于空间检测点12） 与激光雷达模块11发射端所在的平面共面， 这样的好处是结构更为紧凑， 便于调整维护， 同 时可以简化计算模型。 0055 在一种。

47、情况中， 第一探测组件10中的激光雷达模块11的发射端位于同一平面上， 但是其探测光束的聚焦点 （对应于空间检测点12） 可以不共面， 例如探测光束可以适当向水 声通信装置的轴线方向偏斜， 从而弯曲有效探测孔径， 进一步提升所接收的信息量。 0056 在一种情况中， 第一探测组件10中的激光雷达模块11的发射端也可以不位于同一 平面上， 在此基础上， 其探测光束的聚焦点 （对应于空间检测点12） 可以共面也可以不共面， 同样的， 探测光束也可以朝声波传来方向倾斜， 通过弯曲有效探测孔径来提升所接收的信 息量。 0057 在一种实施例中， 所述第一探测组件10中的激光雷达模块11以全包围或半包围。

48、的 形式排布于所述第二探测组件20周边； 两者在结构上可以固定连接成一体， 也可以不固定 连接在一起， 而通过其他的支撑结构使两者保持固定的位置关系。 0058 在本实施例的一种情况中， 如图7所示， 所述多信源水声信号输出组件30位于所述 平面光网或者三维光网后方， 并使所述多信源水声信号输出组件30向外输出的第一声信号 可穿过所述平面光网或者所述三维光网。 此处的平面光网或者三维光网的后方是指多信源 说明书 8/10 页 11 CN 111490832 A 11 水声信号输出组件30不干扰水声信号传至第二探测组件20面光网或者三维光网的一侧。 0059 在另一种实施例中， 所述第一探测组件。

49、10中的激光雷达模块11以全包围或半包围 的形式排布于所述第二探测组件20周边。 所述多信源水声信号输出组件30并排于所述第一 探测组件10与所述第二探测组件20之间。 0060 在一个实施例中， 如图8所示， 所述水声通信装置100还包括外壳， 所述外壳包括水 声通信收发部200以及与之相连的收纳部300。 0061 其中， 所述水声通信收发部200为盘状结构， 所述第二探测组件20设置于所述盘状 结构的中间部位， 其形状可以是圆状、 椭圆状、 长/正方方形， 或其它多边等； 所述第一探测 组件10中的激光雷达模块11排布于所述盘状结构的边缘， 且探测方向朝向侧面 （方向可以 沿直径方向， 。

50、当然也可以和直径方向呈一定角度） 。 0062 在一种优选实施例中， 为了进一步避免对第一探测组件10及第二探测组件20所探 测的信号的干扰， 将多信源水声信号输出组件30往收纳部内侧下沉一定距离， 避免外部传 来的水声信号经多信源水声信号输出组件30反射至第一探测组件10、 二探测组件20的探测 区域。 0063 在一个实施例中， 所述收纳部300用于容纳所述第一探测组件10、 第二探测组件 20、 多信源水声信号输出组件30本身的或者相连接的电路模块， 该电路模块可用于数据处 理、 通信控制、 供电等功能。 0064 在一种优选实施例中， 结合图8， 水声通信收发部200或上述盘状结构的边。