海洋用感应耦合锚系链海水信道传输特性分析方法的研究

论文摘要

伴随着人类对海洋的认识和探究,针对深海环境多要素大量监测数据高速实时长距离传输功能的需求,提高感应稱合数据传输技术具有重要的研究意义。感应耦合锚系链利用电磁感应原理,可以实现从水上控制设备到水下传感器的双向数据传输。然而,由于海洋环境对电信号的衰减,很难实现长距离高效传输。本文从提高感应耦合数据传输技术的传输效率和传输速率的角度入手,致力于分析制约感应耦合信道提高数据传输效率和传输速率的关键因素。为了准确分析感应耦合锚系链的传输特性,利用COMSOL多物理仿真软件建立了三级分布式传输信道模型。分析了信道在磁环参数、工作频率、水下挂载传感器的个数以及传输距离不同的状态下的传输效率。分析结果表明,在整体信道模型下,感应耦合信道的传输效率最高可达到2.9%;水下挂载传感器的节点数增加会使信道传输效率下降到2.6%;磁环的参数变化会使信道传输效率下降到1%。同时,本文估算了海水的阻抗系数,大约为39Ω。本文总结了磁环参数、水下节点数的增加对感应耦合信道传输效率的影响,重点提出了海水对信道信号传输效率的衰减和制约。本文从两个方面分析了海水信道对电信号传输的衰减特性,分别包括多径效应的影响和海水对电信号的频率选择性。海水作为感应耦合信道中的重要传输介质,电信号在无限大的海水空间中传输具有多径效应,提高信号传输频率会增强多径时延扩展效应,接收信号的码间串扰和选择性衰落效应增强,降低了传输信号的信噪比,但这一问题的研究仍是空白。同时,这也是目前众多研究者关注的热点。本文采用有限元仿真和数值计算的方法确定路径数量、时间延时量和幅值衰减量等关键参数,建立多径信道模型,采用时频分析法研究这些关键参数与传输速率间的关系。同时,本文在实验室平台搭建了感应耦合海水信道模型的测试系统,测量并分析了感应耦合信道模型的幅频衰减特性和相频偏移特性,然后建立了感应耦合信道的实测数学模型。对两种不同方式建立的数学模型进行了对比分析和验证。在单载波调制方式下,分析感应耦合信道传输性能。本研究结果为感应耦合数传系统传输性能的提高提供了优化解决方案,为解决锚系耦合信道传输技术的共性问题提供理论和实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 水下通信现状
•   1.3 课题研究的国内外研究现状
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•   1.4 海洋用感应耦合锚系链的工作原理
•   1.5 本文主要研究内容与结构
• 第二章 海洋用锚系链信道特性的仿真分析
•   2.1 有限元仿真软件COMSOL Multiphysics的介绍
•   2.2 海水的参数测量与分析
•     2.2.1 实验装置介绍
•     2.2.2 实验测量过程
•     2.2.3 实验结果分析
•   2.3 锚系链耦合器的参数分析
•     2.3.1 磁环材料分析
•     2.3.2 耦合器的线圈电感计算
•   2.4 建立三级分布式仿真模型
•   2.5 传输信道仿真结果及分析
•     2.5.1 第一级模型的仿真结果及分析
•     2.5.2 第二级模型的仿真结果及分析
•     2.5.3 第三级模型的仿真结果及分析
•   2.6 本章小结
• 第三章 海洋用锚系链海水信道多径模型的建立
•   3.1 确定多径传输的路径分布形式
•   3.2 多径数学模型的参数计算
•   3.3 多径传输数学模型的建立
•   3.4 多径传输数学模型的传输特性
•   3.5 本章小结
• 第四章 海洋用锚系链海水信道传输特性的实际测量
•   4.1 测试平台的搭建
•   4.2 扫频法的测量原理
•   4.3 海水传输特性测量过程
•   4.4 实验结果及分析
•   4.5 实测信道数学模型的建立
•   4.6 本章小结
• 第五章 海水信道数学模型的分析和讨论
•   5.1 海水传输信道传输特性
•     5.1.1 幅频衰减特性
•     5.1.2 相位偏移特性
•   5.2 传输信道特性分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦潇丛

导师: 郑羽,曾锐利

关键词: 锚系耦合链,传输信道参数,多径效应,传输性能,信道模型

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 天津工业大学

分类号: P756.6

总页数: 63

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