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水声通信信号处理系统研制

发布时间:2019-02-17 21:02
【摘要】:随着人类社会的发展,人们对资源的需求越来越大,陆地上的资源已无法满足人类的发展。人们将目光瞄向了占地球面积更大的海洋,因而解决水下远距离无线通信的问题迫在眉睫。人类迄今为止发现的能够在水下远距离传播的能量形式只有声波,水声通信技术近年来得到了长足的发展,水声通信技术也成为了一个研究热点。相对于电磁波无线通信来说水声无线通信发展较缓慢,其中一个主要原因就是因为水声信道环境复杂,传播过程中容易受到多径干扰。现代水声通信系统均已采用数字通信系统,更加高级的编码方式、性能更好的信道估计算法和均衡手段大大提高水声通信的可靠性并增加了传输距离。一般的数字信号处理平台无法满足数字编码对性能的要求,因而很有必要开发具有高速信号处理能力的水声通信信号处理系统。本文以高性能低功耗的数字信号处理器OMAPL138和EP3C120作为主要处理器,设计并实现了一个高速水声通信信号处理平台。文中介绍了水声通信信号处理平台的设计要求,对各个功能模块的硬件设计进行了详细的方案论证与芯片器件选型。本文设计的平台主要的功能模块包括:电源供电模块、数字信号处理模块、6路高精度A/D采样、CAN总线、微控制器模块、串口网口通信、实时时钟等。本文详细描述了各个模块的硬件电路设计过程与实现方法。并总结了设计过程中遇到的问题和解决方法。为了验证设计的正确性,本文在PCB布局布线结束后进行了关键信号的信号完整性仿真,并对整个板子进行了电源完整性仿真,均能达到设计要求。板子做好之后对各个功能模块进行了调试,DDR2内存测试、AD芯片采样测试、SD卡读写测试、NAND FALSH存储测试、串口通信测试和网口通信测试。各个功能模块验证通过之后又将信号处理平台组成水声MODEM进行水声通信系统的湖上试验和海上试验,试验结果进一步证明了该信号处理平台可以满足设计要求,可应用于复杂的水声通信环境。最后总结了全文的主要研究成果以及不足,并对下一步要做的工作提出了规划。
[Abstract]:With the development of human society, people need more and more resources. People focus on the larger ocean, so it is urgent to solve the problem of underwater long-range wireless communication. Acoustic waves are the only forms of energy found by human beings for long distance transmission under water so far. Underwater acoustic communication technology has made great progress in recent years, and underwater acoustic communication technology has also become a research hotspot. Compared with electromagnetic wave wireless communication, the development of underwater acoustic wireless communication is relatively slow, one of the main reasons is that the underwater acoustic channel environment is complex, the propagation process is vulnerable to multipath interference. Modern underwater acoustic communication systems have adopted digital communication systems, more advanced coding methods, better channel estimation algorithms and equalization methods to greatly improve the reliability of underwater acoustic communication and increase the transmission distance. General digital signal processing platform can not meet the performance requirements of digital coding, so it is necessary to develop the underwater acoustic communication signal processing system with high speed signal processing capability. In this paper, a high performance and low power digital signal processor (OMAPL138 and EP3C120) is used as the main processor to design and implement a high speed underwater acoustic communication signal processing platform. In this paper, the design requirements of underwater acoustic communication signal processing platform are introduced. The hardware design of each functional module is demonstrated in detail and the chip device selection is given. The main functional modules of the platform include: power supply module, digital signal processing module, 6-channel high-precision A / D sampling, CAN bus, microcontroller module, serial port communication, real-time clock and so on. This paper describes the hardware circuit design process and implementation method of each module in detail. The problems and solutions in the process of design are summarized. In order to verify the correctness of the design, this paper simulates the signal integrity of the key signals after the PCB layout and wiring, and simulates the power integrity of the whole board, all of which can meet the design requirements. After the board is finished, the function modules are debugged, DDR2 memory test, AD chip sampling test, SD card read and write test, NAND FALSH storage test, serial communication test and network interface communication test. After the verification of each function module, the signal processing platform is composed of underwater acoustic MODEM to carry out the lake test and the offshore test of the underwater acoustic communication system. The test results further prove that the signal processing platform can meet the design requirements. It can be used in complex underwater acoustic communication environment. Finally, the paper summarizes the main research results and shortcomings, and puts forward a plan for the next work.
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.3

【参考文献】

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本文编号:2425583

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