水下感应耦合数据传输系统设计与实现

发布时间：2020-05-30 11:48

【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。
【图文】：

示意图,感应耦合,数据发送器,加拿大

τ檬疽馔既缦拢汉Ｋ釋缂喈詈洗呕匪釟嫫教ㄎ奕送绔?1.1 感应耦合数据传输系统应用示意图1.2 国内外研究现状最早的感应耦合式调制解调器（ICM）系统由 Brown 于 1965 年设计实现。上世纪90 年代后，具有非接触特性的感应耦合数据传输方式被逐渐应用于 ATLAS 锚泊系统中，采用该方式的水下温盐深检测设备在布放过程中无需使用线缆进行防水连接，便能够准确固定在锚泊系统的预设点上，实现在无直接接触方式下的数据传输，采用这种方式可以降低锚泊系统的设计复杂度并简化水下传感器设备的布放过程[9]。在国外，基于感应耦合原理的数据传输系统的成熟产品已经被推出，，且面向市场。现阶段，掌握感应耦合数据传输技术并推出多种不同产品的外国公司主要有两个，美国Sea-Bird 公司和加拿大 RBR 公司。美国 SEA-BIRD 公司的水下感应耦合数据传输设备留有标准接口，用以与海流计、多普勒剖面仪等设备进行连接，并可与遥测感应系统集成到一起，可实现对 100 个以内传输节点的实时数据传输，为用户提供实时、可靠传输的锚泊系统方案。传输节点可以通过机械结构固定在锚泊钢缆的任何位置，并可根据需求灵活改变投放方案[10]。SEA-BIRD 公司的传输系统相较于价格高昂的水声设备，具有效率高、稳定性强和传输距离远的优点，其传输速率可以达到 9600 波特率，最多可以挂有 100 个水下传感节点并对其进行数据采集

感应耦合,数据传输技术,加拿大,有线信道

相关参量的测量并回传测量钛合金外壳的 SBE37-IM 与 SB耦合系统可以将感应耦合数缆有线信道相比，这种感应速率能达到 4800bps，最多可最大为 1000 米，同样适用
【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】：2019
【分类号】：P715

【相似文献】