水下感应耦合数据传输系统设计与实现

论文摘要

在科学探索海洋活动并收集其水文要素时,必须通过高效可靠的数据传输系统来保证水下数据采集系统和水面观测平台的信息交换。相较于传统的水下数据传输方法,基于感应耦合方式的水下数据传输系统能实现远距离数据传输,系统传输效率高,且节点不受位置限制,便于组网,易于实现多点通信。本课题主要研究水下感应耦合数据传输系统设计与实现。系统传输介质为普通钢缆,无需内置特制传输导线,具有不易弯折、使用成本低廉的优点。课题应用前景广阔,包括海洋水文要素采集,水面舰艇与UUV之间以及各UUV之间的数据传输,具有高效、可靠的特点。论文首先对水下感应耦合数据传输原理进行研究,建立系统等效电路模型,并据此列写传输阻抗矩阵方程。通过多次实验测量和数据分析,论文提出系统的信道阻抗模型,并绘制系统幅频响应曲线,并对信道进行了实际测试,验证了实测结果和理论分析相吻合。其次,根据测试结果,论文提出了采用厄密特级数的CPM信号相位轨迹优化方案,使得发送信号能量更加集中,降低带外干扰,提高了频带利用率,并对CPM信号调制解调进行仿真验证和FPGA实现。最后,论文完成系统硬件电路和软件程序的设计与实现,并利用相关软件分别对各个电路模块和程序模块进行了仿真验证。针对功率放大模块,论文采用新型氮化镓半桥功率级的D类功率放大器作为解决方案,降低了设计复杂度并提高了效率。利用相关仪器设备对系统中各个模块进行了实际测试,并根据测试结果进行电路优化和程序设计,完成整套系统的搭建与联调,验证了系统的有效性与可靠性,为进一步实际应用打下基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文主要内容
• 第2章 感应耦合数据传输技术
•   2.1 感应耦合数据传输技术原理
•   2.2 系统幅频响应分析
•     2.2.1 海水和线缆回路阻抗特性分析
•     2.2.2 信号耦合器的优化分析
•     2.2.3 系统幅频响应曲线
•   2.3 信道特性测试
•   2.4 本章小结
• 第3章 数据传输系统调制解调方式的研究
•   3.1 连续相位调制基础
•   3.2 CPM信号的相位轨迹优化
•     3.2.1 目标函数的选择
•     3.2.2 约束条件的施加
•     3.2.3 厄密特级数的引入
•     3.2.4 优化信号求解结果及其分析
•   3.3 CPM信号调制解调
•     3.3.1 CPM信号基带码元谱分析
•     3.3.2 CPM信号调制
•     3.3.3 CPM信号解调
•   3.4 本章小结
• 第4章 数据传输系统硬件和软件设计
•   4.1 硬件系统设计
•     4.1.1 系统电源设计
•     4.1.2 功率放大器设计
•     4.1.3 数据处理模块电路设计
•     4.1.4 接收模块硬件电路设计
•   4.2 软件系统设计
•     4.2.1 总体软件设计
•     4.2.2 差分编/解码软件设计
•     4.2.3 信道编/译码软件设计
•   4.3 本章小结
• 第5章 系统测试与结果分析
•   5.1 系统各模块测试
•     5.1.1 系统电源模块测试
•     5.1.2 功率放大器性能测试
•     5.1.3 接收机各模块测试
•     5.1.4 数字调制解调系统测试
•   5.2 系统联调测试
•   5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周东东

导师: 李北明,赵彦惠

关键词: 水下数据传输,感应耦合,信号优化

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: P715

总页数: 78

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