基于DSP平台的定位通信一体化水下网络节点设计与实现
发布时间：2021-08-22 10:17
随着海洋开发加速,水下传感器网络作为海洋科学中的重要技术手段成为了世界范围内的研究热点,水声通信网络通过网络技术将大量水下节点互联,使其可在不同水下场景灵活应用。其中分布式水声网络因其安全性高,灵活性强和易于扩充的优点,在海洋环境监测,资源勘探,水下定位导航以及战术监督等领域有着广泛应用。现今国外已经有了一系列的成熟产品,而我国由于起步时的落后和国外的技术封锁,还没有较成熟的研究成果。本文通过分析分布式水下传感器网络的应用场景及需求特点完成了一款水下网络节点的设计与实现。根据水下网络节点能通信互联并根据指令更新自身位置信息的需求,设计了一款集声学应答功能、声指令信号检测功能、自定位功能以及水声通信功能为一体的水下节点,能够满足分布式水下传感器网络的应用场景。论文开展了理论算法分析工作,并结合实际应用场景对水下节点的系统技术指标进行了论证,同时论文还完成了水下节点的硬件设计工作,包括以TI公司TMS320VC5509A芯片为处理核心的数字信号处理电路,具有高增益、低功耗的多级放大接收电路和使用D类功放的发射电路,并在该硬件平台上完成软件的设计与实现,以达成预期功能。最后进行了水池测试以及...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LinkQuest公司UWM3000H型MODEM（左）和UWM4000型MODEM（右）
美国LinkQuest公司的SoundLink Underwater Acoustic Modems使用宽带水声扩频技术和混合调制方式，并且采用了高效纠错编码和信道均衡，具有高速可靠的优点，广泛的应用于海洋环境监测、AUV 数据链和水下潜艇等多个领域[18]。图 1.1 LinkQuest 公司 UWM3000H 型 MODEM（左）和 UWM4000 型 MODEM（右）Benthos 公司的 ATM88X、ATM9XX 系列和集成 MODEM 的 SMART 智能释放器都是用于为水下仪器和水面单元或基站提供可靠无线数据通信的水下声通信MODEM[1其工作深度达 6000m，传输速率最高为 15360bps，具有三个不同工作频带（9-14kHz,16-2kHz,22-27 kHz）。
UV、水面船只等移动节点。节点之间通过声波通信进行无络。人们可以通过这种网络快速获得水下设备的数据，并给水下设备，达成水下预警，目标探测，定位导航和海洋环技术是水下网络节点的关键技术[29]。通信技术之外，水下网络节点的的自定位也是其重要技术节点的位置信息非常重要，其可用来标识获得的数据的源现基于节点位置的路由协议和基于地理位置的数据存储进行组网定位，导航和探测的水声网络来说，节点的位置节点，其位置可以通过 GPS 定位系统或其他定位系统简单波在水中的严重衰减，水下节点无法通过 GPS 进行定位。在校准及布放困难的问题，且作用距离有限，灵活性较差点，不仅数量多而且范围广，如果人工地逐个测量不仅需量人力物力，因此水下节点的自定位功能十分重要。目前通过与多个已知自身确切位置的参考节点（如配有 GPS 的及相应的定位算法来获得节点自身的位置[30]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水声通信及组网的现状和展望[J]. 朱敏,武岩波. 海洋技术学报. 2015(03)
[2]水下无线传感器网络定位技术研究进展[J]. 毕京学,郭英,甄杰,张鼎凯,杨凯,段淑珍. 导航定位学报. 2014(01)
[3]载人潜水器“蛟龙”号的水声通信信号处理[J]. 朱维庆,朱敏,武岩波,杨波,徐立军,傅翔,潘锋. 声学学报. 2012(06)
[4]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[5]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
[6]水下网络的发展与应用[J]. 邱立军,王文双. 舰船电子工程. 2009(05)
[7]水下数字语音通信系统的研究和实现[J]. 郭中源,陈岩,贾宁,郭杰,陈庚,莫福源,马力. 声学学报(中文版). 2008(05)
[8]水声网络链路层协议的仿真研究[J]. 安效峰,马晓民,张宏滔. 系统仿真学报. 2008(05)
[9]时频编码在水声通信中的应用[J]. 刘林泉,梁国龙,吴波,李宏伟,尚超. 声学技术. 2007(05)
[10]一种宽带水声换能器匹配方法的研究[J]. 闵祥国. 枣庄学院学报. 2007(05)
博士论文
[1]大规模水下传感器网络节点精确定位技术研究[D]. 韩云峰.哈尔滨工程大学 2016
[2]AUV水声跳频通信关键技术研究[D]. 范巍巍.哈尔滨工程大学 2015
[3]深水长基线定位导航技术研究[D]. 张居成.哈尔滨工程大学 2014
[4]基于OFDM的浅海高速水声通信关键技术研究[D]. 徐小卡.哈尔滨工程大学 2009
[5]水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究[D]. 李霞.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]水下传感器网络节点定位算法研究[D]. 张震.青岛科技大学 2015
[2]水下通信网络及其自定位的系统设计与实现[D]. 房伟.西北工业大学 2015
[3]基于水下无线传感器网络的AUV自组网关键技术研究[D]. 王士凯.中国海洋大学 2014
[4]水下传感器网络节点的设计[D]. 唐树青.合肥工业大学 2012
[5]水声通信网络节点硬件平台的设计与实现[D]. 唐伟杰.哈尔滨工程大学 2010
[6]水下通信网络节点硬件平台的设计和实现[D]. 刘名.哈尔滨工程大学 2008
[7]水声通信网络中网络协议的研究与设计[D]. 孙桂芝.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3357562
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LinkQuest公司UWM3000H型MODEM（左）和UWM4000型MODEM（右）
美国LinkQuest公司的SoundLink Underwater Acoustic Modems使用宽带水声扩频技术和混合调制方式，并且采用了高效纠错编码和信道均衡，具有高速可靠的优点，广泛的应用于海洋环境监测、AUV 数据链和水下潜艇等多个领域[18]。图 1.1 LinkQuest 公司 UWM3000H 型 MODEM（左）和 UWM4000 型 MODEM（右）Benthos 公司的 ATM88X、ATM9XX 系列和集成 MODEM 的 SMART 智能释放器都是用于为水下仪器和水面单元或基站提供可靠无线数据通信的水下声通信MODEM[1其工作深度达 6000m，传输速率最高为 15360bps，具有三个不同工作频带（9-14kHz,16-2kHz,22-27 kHz）。
UV、水面船只等移动节点。节点之间通过声波通信进行无络。人们可以通过这种网络快速获得水下设备的数据，并给水下设备，达成水下预警，目标探测，定位导航和海洋环技术是水下网络节点的关键技术[29]。通信技术之外，水下网络节点的的自定位也是其重要技术节点的位置信息非常重要，其可用来标识获得的数据的源现基于节点位置的路由协议和基于地理位置的数据存储进行组网定位，导航和探测的水声网络来说，节点的位置节点，其位置可以通过 GPS 定位系统或其他定位系统简单波在水中的严重衰减，水下节点无法通过 GPS 进行定位。在校准及布放困难的问题，且作用距离有限，灵活性较差点，不仅数量多而且范围广，如果人工地逐个测量不仅需量人力物力，因此水下节点的自定位功能十分重要。目前通过与多个已知自身确切位置的参考节点（如配有 GPS 的及相应的定位算法来获得节点自身的位置[30]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水声通信及组网的现状和展望[J]. 朱敏,武岩波. 海洋技术学报. 2015(03)
[2]水下无线传感器网络定位技术研究进展[J]. 毕京学,郭英,甄杰,张鼎凯,杨凯,段淑珍. 导航定位学报. 2014(01)
[3]载人潜水器“蛟龙”号的水声通信信号处理[J]. 朱维庆,朱敏,武岩波,杨波,徐立军,傅翔,潘锋. 声学学报. 2012(06)
[4]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[5]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
[6]水下网络的发展与应用[J]. 邱立军,王文双. 舰船电子工程. 2009(05)
[7]水下数字语音通信系统的研究和实现[J]. 郭中源,陈岩,贾宁,郭杰,陈庚,莫福源,马力. 声学学报(中文版). 2008(05)
[8]水声网络链路层协议的仿真研究[J]. 安效峰,马晓民,张宏滔. 系统仿真学报. 2008(05)
[9]时频编码在水声通信中的应用[J]. 刘林泉,梁国龙,吴波,李宏伟,尚超. 声学技术. 2007(05)
[10]一种宽带水声换能器匹配方法的研究[J]. 闵祥国. 枣庄学院学报. 2007(05)
博士论文
[1]大规模水下传感器网络节点精确定位技术研究[D]. 韩云峰.哈尔滨工程大学 2016
[2]AUV水声跳频通信关键技术研究[D]. 范巍巍.哈尔滨工程大学 2015
[3]深水长基线定位导航技术研究[D]. 张居成.哈尔滨工程大学 2014
[4]基于OFDM的浅海高速水声通信关键技术研究[D]. 徐小卡.哈尔滨工程大学 2009
[5]水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究[D]. 李霞.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]水下传感器网络节点定位算法研究[D]. 张震.青岛科技大学 2015
[2]水下通信网络及其自定位的系统设计与实现[D]. 房伟.西北工业大学 2015
[3]基于水下无线传感器网络的AUV自组网关键技术研究[D]. 王士凯.中国海洋大学 2014
[4]水下传感器网络节点的设计[D]. 唐树青.合肥工业大学 2012
[5]水声通信网络节点硬件平台的设计与实现[D]. 唐伟杰.哈尔滨工程大学 2010
[6]水下通信网络节点硬件平台的设计和实现[D]. 刘名.哈尔滨工程大学 2008
[7]水声通信网络中网络协议的研究与设计[D]. 孙桂芝.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3357562
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