基于Chirp方式的內河道水下通信系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著對內河“黃金水道”的開發(fā)，數(shù)字化航道的建設，對于內河航道水下監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡、船舶避碰水聲通信系統(tǒng)有更高的要求。由于內河水下通信信道的復雜多變，多徑和多普勒效應明顯等問題，導致了內河道水聲通信存在誤碼率高，可靠性低的問題。現(xiàn)在急需一種有效的內河道水聲通信系統(tǒng)來進行可靠的信息交互。
　　超聲波作為水聲通信的載體具有干擾小、指向性強、且超聲換能器價格便宜、使用方便等特點。利用超聲波Chirp擴頻通信方式具有抗干擾能力強、抗頻偏等特

2、性，進行基于Chirp方式的內河道水下通信系統(tǒng)的設計。主要研究內容包括：
　　(1)針對內河道水聲信道的特性，進行了內河道水下通信系統(tǒng)的前端電路設計。首先本文對內河信道頻率特性進行分析，選定40kHz的超聲波信號作為載體。對濾波放大、DDS正弦信號發(fā)生器和上下變頻電路進行參數(shù)設計，并且通過 Multisim10電路仿真對電路參數(shù)進行優(yōu)化。為提高放大前端增益和抑制零點漂移，將電阻負載的雙端輸出轉換成有源負載的單端輸出，提出了一種差動

3、放大器輸出轉換電路的專利。
　　(2)為了實現(xiàn)提高系統(tǒng)的處理能力，進行了 Chirp方式內河道水下通信系統(tǒng)核心電路的設計及應用。首先本文確定了核心芯片DSP TMS320VC5509A的設計；然后利用I2C總線接口與AIC23B的控制口相連接，并通過高速多通道緩沖串口(McBSP)與AIC23B的數(shù)據(jù)口相連接，進行了高速數(shù)據(jù)處理。
　　(3)針對內河道水聲通信環(huán)境問題，進行了數(shù)字通信處理方式的設計。通過與傳統(tǒng)的正弦載波調制方

4、式進行對比，本文分析了Chirp信號的在含噪、多徑、多普勒效應情況下的特性，證明了Chirp信號在內河道水聲信道中具有較好的通信性能。本文通過Chirp方式處理、漢明碼編碼、Π/4DQPSK、小波降噪、時域均衡等關鍵技術，實現(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的影響，達到了可靠通信的目的。
　　(4)針對內河道水下通信系統(tǒng)的實現(xiàn)，進行了系統(tǒng)軟件設計與實驗分析。本文基于DSP TMS320VC5509A硬

5、件平臺和CCS與MATLAB軟件平臺，首先進行了Chirp方式的內河道水下通信系統(tǒng)的程序設計，并且通過 CCSlink工具來進行 CCS和MATLAB的聯(lián)合調試，接著使用MATLAB設計了GUI，方便了系統(tǒng)的整體測試。通過MATLAB建立水聲信道模型，對發(fā)射和接收系統(tǒng)進行分模塊測試，最后進行整個系統(tǒng)測試。測試表明，系統(tǒng)具有較好的通信性能。為解決實際水中的事故，結合本通信系統(tǒng)同步信號檢測和信息處理的應用，提出一個相關專利的申請。