穿金属超声波通信系统的基础研究

发布时间：2020-05-27 11:49

【摘要】：设计了一种穿金属超声波通信系统,利用超声波在金属中具有较强的穿透力的特点,克服密闭金属容器形成的静电屏蔽效应对传统无线通信造成的影响,实现容器内部和外部的点对点通信。本论文首先从传输信道出发,根据超声波在金属介质中的传输特性和信道的基本问题,对通信系统进行解构分析,将超声信道分为初级响应通路和回波通路并进行建模。再利用系统辨识技术和Steiglitz-McBride迭代方法对模型参数进行估计,同时基于信道响应与模型响应间的均方误差,求解模型阶数。然后从通信系通的调制技术出发,提出了OFDM技术与穿金属超声波通信系统的结合,并分析了其可行性及其相关技术,阐述了它对超声波通信系统性能的改善。同时从提高系统传输速率出发,介绍了MIMO技术,重点探讨了超声波在金属介质中存在的码间干扰对MIMO的影响,并提出两种解决方案。最后从系统性能出发,为保证系统传输的可靠性,分别根据回波衰减包络、回波与发送信号间关系建立码间干扰边界,并分析得到指定误码率下最优传输速率的约束条件;同时为消除信道回波干扰,提出将超声波穿金属通信与均衡技术相结合的概念,并根据超声穿金属信道的两种通路模型,给出两种均衡设计方案,结果表明:简化后的均衡设计虽然复杂度较低,但是回波成分仅降低了9dB;而改进后的均衡器设计可以利用相消脉冲完全抵消回波信号的影响,但代价是实现上的高复杂度。
【图文】：

2.2.1 压电换能器的性能分析压电换能器的等效电路一般可以表示为图2.1所示电路[32]。图中 为换能器的静态电容， 、 和 分别为动态电感、动态电容和动态电阻。利用这个等效电路，可分析并得到换能器的工作频率、阻抗变化等性能指标，并依次来进行换能器的匹配研究。图 2.1 压电换能器的简单等效电路换能器的等效电路与它的振动模式有关[33]。一般情况下，对于单一振动模式压电换能器，在换能器谐振频率附近，其等效电路表示为图 2.2。图中 为并联电容； 表示换能器介质损耗的并联电阻， = (2 tan ) ，一般情况下， ； 为描述换能器机械损耗的动态电阻； 为表示辐射能量的负载电阻

图 2.2 换能器在谐振频率处的等效电路，串联与并联谐振频率，正常情况下总选能器处于谐振状态，振动幅度大，有利于在 至 之间的3dB带宽内即可。在换能器 ，换能器工作于这一频率时，能量的传输响应频率表示为： = + 与并联电容的电品质因数， 。由；当 1时，，则 = ，此时对应 很之间。在 上，带宽为：= 1 + = 1 +
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN914

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 郑阳;何存富;吴斌;;Chirp信号及其在超声导波检测中的应用[J];仪器仪表学报;2013年03期

2 林书玉,张福成;压电超声换能器的电端匹配电路及其分析[J];压电与声光;1992年04期

本文编号：2683489