水下長波收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、在水域監(jiān)測、水下作業(yè)及水下傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，水下通信技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用需求。水下通信分為有線方式與無線方式，在某些特定的環(huán)境中，無線通信方式更具優(yōu)勢，因而，水下無線通信技術(shù)具有重要的研究價值。水下無線通信方式主要有水下聲波通信、水下激光通信及水下電磁波通信等方式。針對淺水區(qū)域，渾濁有雜質(zhì)的復(fù)雜水體環(huán)境，采用水下聲波通信或水下激光通信難以取得理想的效果，而采用長波實現(xiàn)水下無線通信，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠更好地滿足特定環(huán)境中的使用需求，同

2、時，長波在水下傳播時的衰減相對較小，有利于實現(xiàn)較遠距離的水下通信。為進行水下長波通信設(shè)備開發(fā)，本文設(shè)計實現(xiàn)了一個水下長波收發(fā)實驗平臺，進行水下收發(fā)系統(tǒng)的性能測試。
　　本文闡述了水下長波收發(fā)實驗平臺的組成架構(gòu)及實現(xiàn)方法。針對水下信道環(huán)境的特點，使用數(shù)字無線通信技術(shù)完成系統(tǒng)設(shè)計，并加入了擴頻通信技術(shù)，以滿足惡劣信道環(huán)境下對通信系統(tǒng)可靠性的要求。在系統(tǒng)架構(gòu)中，采用可編程邏輯器件（FPGA）完成系統(tǒng)開發(fā)，將傳統(tǒng)使用分立式器件組合搭建而成

3、的數(shù)字通信系統(tǒng)中，大部分的信號處理電路集成在一塊FPGA芯片內(nèi)，通過編程實現(xiàn)其功能，在提高系統(tǒng)可靠性的同時降低了系統(tǒng)的功耗，并且能夠根據(jù)實際情況對系統(tǒng)功能進行及時調(diào)整，使系統(tǒng)具有較高的靈活性。水下實驗平臺分為水下部分及水上部分，水下部分包括收發(fā)端電路、天線及供電電池，水上部分包括便攜式數(shù)據(jù)采集卡及計算機。在發(fā)射端，基于FPGA系統(tǒng)，實現(xiàn)了信號FM0編碼、m序列生成、直接序列擴頻、載波生成及二進制頻移鍵控（2FSK）調(diào)制等功能。同時，發(fā)射

4、端系統(tǒng)還完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換及功率放大等功能的設(shè)計實現(xiàn)。在接收端，完成了與發(fā)射端信號變換相對應(yīng)的接收信號的還原，通過硬件電路完成2FSK解調(diào)功能，將解調(diào)信號采集后存入計算機，通過軟件編程完成擴頻信號的相關(guān)解擴、碼元判決及FM0解碼等功能。
　　最后，進行了水下長波收發(fā)系統(tǒng)的性能測試。對設(shè)計實現(xiàn)的水下收發(fā)實驗平臺，在發(fā)射端設(shè)置了多檔發(fā)射功率，采集了不同發(fā)射功率條件下收發(fā)端相距不同距離時的多組實驗數(shù)據(jù)，得到各檔發(fā)射功率對應(yīng)的水下有效傳輸距離