海洋监测锚系耦合链通信传输系统研制

论文摘要

本文针对海洋浮标监测系统中浮标内系统与水下传感器之间的通信环境,研究一种新型的锚系耦合链通信传输系统。相较于应用广泛的大体积、高功耗、高成本的声纳通信系统,这种基于一条简易的包塑缆为传输介质的耦合数据通信系统具有小体积、低功耗、低成本优势,并且同样可用于长距离水下组网通信,而且由于其特有的包塑缆挂载方式,使装卸简单灵活、安全性高、并且允许节点损坏,利于垂直剖面任意位置、长距离、多种传感器的实时数据传递。本文首先介绍锚系耦合链通信传输系统的理论研究,然后详细阐述该系统的各个电路模块的硬件设计和软件设计,其中重点是基于CPLD为核心的DPSK调制解调设计、硬件和软件去噪的设计和通信协议的设计。系统总体可以分为三部分：1发送接收电路。以CPLD为核心,配合外围的发送电路、放大电路、滤波电路、模数转化电路实现信号的DPSK调制发送和对弱小信号的提取解调。其中包括对噪声信号的硬件软件去除。2信号耦合环。包含漆包线和环形可拆合的铁氧体,由漆包线缠绕在环形可拆合的铁氧体上形成一定的匝数构成,用于经过DPSK调制后的调制信号的耦合输出。3通信控制电路。根据水下系统的低功耗要求,采用MSP430来实现一种通信协议,完成水下各个节点之间的无冲突通信,还要对接收数据进行甄别,剔除噪声干扰形成的乱码。在实验室调试过程中,样机先后进行了串联等效电阻调试、模拟海水调试。最终样机通过海试,表明该锚系耦合链通信传输系统设计可靠,通信状况良好,达到了长距离、多种传感器的实时数据传递的要求,具备了产品化与商业应用的可能性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 水下通信技术概况
• 1.3.2 浮标通信技术概况
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 水下锚系耦合链通信传输的理论研究
• 2.1 锚系耦合链通信原理
• 2.2 数字调制解调技术研究
• 2.2.1 三种调制方式原理
• 2.2.2 各种数字调制的比较
• 2.3 噪声分析
• 2.3.1 多径干扰
• 2.3.2 海水和包塑缆环路噪声
• 2.3.3 内部电路噪声
• 2.4 通讯速率与载波频率的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 水下锚系耦合链通信传输系统电路设计
• 3.1 锚系耦合链通信传输系统结构
• 3.2 供电电路设计
• 3.3 信号耦合环设计
• 3.3.1 耦合方式选择
• 3.3.2 电容电感值的选取
• 3.3.3 设计实现
• 3.4 发送接收电路设计
• 3.4.1 发送电路的设计
• 3.4.2 接收预处理电路的设计
• 3.5 信号处理电路
• 3.6 通信控制电路
• 3.6.1 微控制器的选择
• 3.6.2 RS232接口电路
• 3.7 本章小结
• 第4章 信号处理软件设计
• 4.1 信号处理设计框架
• 4.2 信号控制部分
• 4.2.1 UART接收
• 4.2.2 UART发送
• 4.2.3 抑制自发自收
• 4.3 DPSK调制部分
• 4.3.1 绝对码转相对码
• 4.3.2 PSK调制
• 4.4 DPSK解调部分
• 4.4.1 差分相干解调
• 4.4.2 消除噪声干扰及整形
• 4.5 本章小结
• 第5章 通信控制软件设计
• 5.1 主机程序设计
• 5.2 子机程序设计
• 5.3 指令系统
• 5.3.1 针对单个子机指令
• 5.3.2 针对包塑缆上所有的子机的指令
• 5.4 本章小结
• 第6章 水下锚系耦合链通信传输实现与实验研究
• 6.1 实验室试验
• 6.1.1 功耗测试
• 6.1.2 系统稳定性测试
• 6.3 舟山海试
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录