基于Chirp方式的內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著對(duì)內(nèi)河“黃金水道”的開(kāi)發(fā)，數(shù)字化航道的建設(shè)，對(duì)于內(nèi)河航道水下監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)、船舶避碰水聲通信系統(tǒng)有更高的要求。由于內(nèi)河水下通信信道的復(fù)雜多變，多徑和多普勒效應(yīng)明顯等問(wèn)題，導(dǎo)致了內(nèi)河道水聲通信存在誤碼率高，可靠性低的問(wèn)題?，F(xiàn)在急需一種有效的內(nèi)河道水聲通信系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行可靠的信息交互。
　　超聲波作為水聲通信的載體具有干擾小、指向性強(qiáng)、且超聲換能器價(jià)格便宜、使用方便等特點(diǎn)。利用超聲波Chirp擴(kuò)頻通信方式具有抗干擾能力強(qiáng)、抗頻偏等特

2、性，進(jìn)行基于Chirp方式的內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　(1)針對(duì)內(nèi)河道水聲信道的特性，進(jìn)行了內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)的前端電路設(shè)計(jì)。首先本文對(duì)內(nèi)河信道頻率特性進(jìn)行分析，選定40kHz的超聲波信號(hào)作為載體。對(duì)濾波放大、DDS正弦信號(hào)發(fā)生器和上下變頻電路進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，并且通過(guò) Multisim10電路仿真對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。為提高放大前端增益和抑制零點(diǎn)漂移，將電阻負(fù)載的雙端輸出轉(zhuǎn)換成有源負(fù)載的單端輸出，提出了一種差動(dòng)

3、放大器輸出轉(zhuǎn)換電路的專(zhuān)利。
　　(2)為了實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)的處理能力，進(jìn)行了 Chirp方式內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)核心電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。首先本文確定了核心芯片DSP TMS320VC5509A的設(shè)計(jì)；然后利用I2C總線(xiàn)接口與AIC23B的控制口相連接，并通過(guò)高速多通道緩沖串口(McBSP)與AIC23B的數(shù)據(jù)口相連接，進(jìn)行了高速數(shù)據(jù)處理。
　　(3)針對(duì)內(nèi)河道水聲通信環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)行了數(shù)字通信處理方式的設(shè)計(jì)。通過(guò)與傳統(tǒng)的正弦載波調(diào)制方

4、式進(jìn)行對(duì)比，本文分析了Chirp信號(hào)的在含噪、多徑、多普勒效應(yīng)情況下的特性，證明了Chirp信號(hào)在內(nèi)河道水聲信道中具有較好的通信性能。本文通過(guò)Chirp方式處理、漢明碼編碼、Π/4DQPSK、小波降噪、時(shí)域均衡等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息交互和數(shù)據(jù)處理，降低了通信誤碼率，減緩了多徑和多普勒效應(yīng)的影響，達(dá)到了可靠通信的目的。
　　(4)針對(duì)內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析。本文基于DSP TMS320VC5509A硬

5、件平臺(tái)和CCS與MATLAB軟件平臺(tái)，首先進(jìn)行了Chirp方式的內(nèi)河道水下通信系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，并且通過(guò) CCSlink工具來(lái)進(jìn)行 CCS和MATLAB的聯(lián)合調(diào)試，接著使用MATLAB設(shè)計(jì)了GUI，方便了系統(tǒng)的整體測(cè)試。通過(guò)MATLAB建立水聲信道模型，對(duì)發(fā)射和接收系統(tǒng)進(jìn)行分模塊測(cè)試，最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試表明，系統(tǒng)具有較好的通信性能。為解決實(shí)際水中的事故，結(jié)合本通信系統(tǒng)同步信號(hào)檢測(cè)和信息處理的應(yīng)用，提出一個(gè)相關(guān)專(zhuān)利的申請(qǐng)。