水下蛙人通信系统的设计和实现

发布时间：2019-07-18 20:59

【摘要】：当下随着陆地资源的急剧消耗,能源等战略物资的匮乏,各个国家都加大了对海洋资源的开发和利用,在不断深入的开发过程中,蛙人以独立灵活的水下作业特性越来越受到人们的重视。水下工作人员在水下复杂的环境中需要实时和其他工作点或岸基控制人员进行语音沟通来协同工作,同时也需要把本身的位置信息快速、准确的传输给控制台以获得包含有具体操作信息的文本指令。本文的主要内容是以双工同传水下通信与导航系统为背景而设计的一套基于MBE语音压缩和OFDM调制技术的水下蛙人低功耗通信系统。该设计包括通信系统仿真、系统电路设计、系统程序设计和实验验证设计等四个部分。通信仿真是对该系统通信过程的原理分析和阐述,主要有语音压缩技术、信道编码技术和OFDM调制技术,并设置合理的通信参数进行仿真分析;电路设计是该系统的硬件实现部分主要包括电源模块、输入输出信号调理模块、语音压缩模块、MSP430系统整体控制模块和OFDM处理模块;程序设计是该系统的软件实现部分,主要包括系统整体控制程序、OFDM模块的算法程序和数字信号时序逻辑控制程序,同时在实验室对搭建好的通信系统完成了功能测试;实验设计分为水池实验和湖试实验两部分,水池实验是在昆明705研究所水池进行,目的是验证该通信系统在水声信道环境下的基本工作特性,包括语音通信功能和文本通信功能以及通信指标的验证;湖试实验是在抚仙湖进行,主要是完成了与水下通信与导航系统的整体功能实现测试和稳定性能验证。
文内图片：

图２．１通信结构设计逡逑发射系统主要是通过外部传感器如水下麦克等接收语音信号，，然后经过采集和模数逡逑

图片说明：该通信系统在满足实时的语音通信时，可以及时把蛙人的位置信息传输到基地，同逡逑时也可以把基地下达的操作指令在显示屏上进行显示，方便蛙人在水下进行查看，指导逡逑操作任务。该通信系统包括通信发射端、水声信道和通信接收端，流程如图２．１所示。逡逑上位机￣｜逦Ｊ文本信息逡逑（ＡＲＭ）逦１邋编码逡逑ＬＬ￣？模数转换——？语音信号编码逦＿倍道以错编一？邋ＯＦ＾１调ＤＡＣ邋一？功＾放大１逡逑一＾逦收发合置媝逡逑￣上位机￣Ｉ逦文本信息逦水声信道逡逑（ＡＲＭ）逦解码逡逑￣ｎｒ￣逦收发合置０逡逑逦邋逦邋１逦换能器｜逡逑＾逦——数a弧镆粜藕艠o？？——侣道ｇ错解＾＿邋0Ｆ°ＭＷ逦ＡＤＣ邋？？－测，大Ｔ逡逑图２．１通信结构设计逡逑发射系统主要是通过外部传感器如水下麦克等接收语音信号，然后经过采集和模数逡逑转换变为方便处理的数字信号；此时得到的数字信号数据量过大，无法在系统中有效氋逡逑速传输以满足实时的需要，语音编码可以消除语音信号自身所具备的很大的冗余信息，逡逑形成低码率的数字信号，此外人耳听觉的掩蔽效应对高频信息和相位变化不敏感也为语逡逑音信号的进一步压缩提供了可行性；当完成语音压缩后，为提高数据传输的可靠性，人逡逑为的为低速的数据流加入特定的冗余度进行信道编码，使其具有自动检错或纠错的能逡逑力；完成信道编码后的数据流称为符号
文内图片：

图片说明：基频越尚，音调越局；声音的强度是指声波的能量，也就是声音振动的幅度，逡逑它与肺部压缩空气的多少有关；音长是指发音的长短，它由发音持续时间决定。逡逑根据人体语音信号产生的过程，可以建立如图２．２所示的声源系统数字模型，即把逡逑语音的激励特性和声道的辐射特性分离^u来，激励发生器产生一种随机变化的噪声信号逡逑或者是一串脉冲，用一个时变的线性系统来代替声辐射。改变不同的声源和系统参数可逡逑以输出特定的语音信号［３６］。逡逑白噪声发生器逦逦逡逑逦＊逦邋逦邋逦１邋妒逡逑ｕ／ｖ判决邋逦声道模型逦？辐射模型邋一？！邋ｇ逡逑逦邋逦Ｌ－逦ｒ逦逦逦Ｊ－逦逦逦邋ｍ逡逑脉冲发生器￣￣＾逦周期脉冲模型逦逦邋逦逡逑逦１逦１逦声道参数逡逑基因频率逡逑图２．２语音信号产生的数字模型逡逑２．１．３邋ＭＢＥ工作原理逡逑多带激励编码（ＭＢＥ）编码器在频域里进行工作，在不附加预测参差的情况下也可逡逑９逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3;P754.3

【参考文献】