發(fā)布時(shí)間：2020-07-16 01:16

【摘要】：水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信技術(shù)是以水為媒質(zhì)利用電偶極子天線感應(yīng)場(chǎng)變化來(lái)獲取信息的一種通信方式,但是由于接收信號(hào)衰減程度與通信距離的三次方成反比,當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí),一般數(shù)字接收機(jī)很難在信噪比較低的情況下接收到信號(hào)。DUFFING混沌振子這類振子具有對(duì)特定頻率信號(hào)的極高的敏感性和很強(qiáng)的帶外信號(hào)濾除能力,能夠在很低的信噪比下探知到信號(hào),并且由于水媒質(zhì)的電導(dǎo)率較大,高頻干擾信號(hào)都被衰減掉了,背景噪聲要比空間干凈許多,非常有利于對(duì)頻率敏感的混沌通信。因此本文利用DUFFING混沌振子這類振子的特性,來(lái)提高水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)的通信距離,提高系統(tǒng)的抗干擾性能并降低系統(tǒng)的誤碼率。本課題主要完成了以下內(nèi)容:(1)分析了水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信的數(shù)學(xué)模型和通信原理。針對(duì)在通信距離較遠(yuǎn)時(shí),數(shù)字接收機(jī)很難在信噪比較低的情況下接收到信號(hào)的問(wèn)題,提出結(jié)合混沌通信的手段,通過(guò)分析多種混沌通信模型,引出一類比較特殊DUFFING混沌振子模型去解決相應(yīng)的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有的DUFFING混沌振子模型進(jìn)行MATLAB仿真分析,并在此基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的DUFFING混沌振子數(shù)學(xué)模型,對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真分析以及利用MULTISIM進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn),通過(guò)相圖充分證明了其確實(shí)具備混沌特性。具體分析了改進(jìn)DUFFING混沌振子模型的動(dòng)力學(xué)行為,在理論上以及通過(guò)MATLAB對(duì)改進(jìn)DUFFING混沌振子模型的抗噪聲性能進(jìn)行了分析與仿真。(2)針對(duì)利用以FSK為調(diào)制方式的水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信系統(tǒng),采用改進(jìn)DUFFING混沌振子模型作為解調(diào)手段,提出兩頻率同相位濾波計(jì)數(shù)方法,即用本地兩路不同頻率的改進(jìn)DUFFING混沌振子同時(shí)處理,低通濾波,取模抽樣軟判決,利用統(tǒng)計(jì)值消除干擾,將兩路進(jìn)行碼判決的方法獲取準(zhǔn)同步信號(hào),最終實(shí)現(xiàn)通信。此種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,易于芯片化實(shí)現(xiàn),通過(guò)誤碼率曲線分析此通信系統(tǒng)的性能,仿真表明在信噪比(S/N)為-16dB情況下可以實(shí)現(xiàn)誤碼率為3*10~(-4)的信息速率為39.2bps的2FSK通信,可以證明其能有效的提高水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信的距離和可靠性。設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng),針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中載波信號(hào)頻率和本地振子頻率存在誤差的問(wèn)題,提出了基于兩頻率四相位的濾波計(jì)數(shù)方法。使用硬件描述語(yǔ)言Verilog完成對(duì)應(yīng)調(diào)制解調(diào)程序的編寫,進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。(3)針對(duì)利用以PSK為調(diào)制方式的水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信系統(tǒng),采用和以FSK混沌解調(diào)方式相似的做法,即使用單頻率兩相位濾波計(jì)數(shù)的方法,通過(guò)誤碼率曲線分析仿真表明,在信噪比(S/N)為-16dB情況下可以實(shí)現(xiàn)誤碼率為6*10~(-5)的信息速率為39.2bps的2PSK通信。在有頻差的情況下,提出了兩種方式,其中一種為基于跳變點(diǎn)的八相位濾波計(jì)數(shù)方法,即八相位同時(shí)解調(diào),將解調(diào)數(shù)據(jù)或運(yùn)算,利用處理后的數(shù)據(jù)數(shù)值跳變判斷信號(hào)的方法獲取原始信息,最終實(shí)現(xiàn)通信。另一種與前一種類似,只不過(guò)僅需四相位同時(shí)解調(diào),通過(guò)判斷不到一半時(shí)間長(zhǎng)度的周期態(tài)來(lái)判斷跳變點(diǎn)。用MATLAB進(jìn)行仿真分析并利用FPGA進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸。本文設(shè)計(jì)的以FSK為調(diào)制方式和以PSK為調(diào)制方式的水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)混沌通信系統(tǒng),可以在較低信噪比的條件下通信,提高了水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信的距離和可靠性,同時(shí)還保留了水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)通信適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng),靈活性高等特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O415.5;TN91
【圖文】：

圖 2.1 水下傳導(dǎo)電流場(chǎng)無(wú)線通信模型信號(hào)經(jīng)調(diào)制以及功率放大后由作為天線的電偶質(zhì)中傳播，到達(dá)接收端后，由接收端的電偶極子，幀同步模塊得到所發(fā)送的信號(hào)，完成通信。

圖 2.2 電偶極子電場(chǎng)強(qiáng)度示意圖端放置兩電偶極子，兩電偶極子的中心定位于示極子尺寸相對(duì)于兩者間距足夠小，發(fā)射端兩電偶極媒質(zhì)是一個(gè)無(wú)限大的均勻?qū)щ娊橘|(zhì)，可以在觀測(cè)角

圖 2.5 DUFFING 混沌振子處于混沌狀態(tài) 圖 2.6 DUFFING 混沌振子處于大尺度周期狀態(tài)當(dāng) ω =1rads， k =0.5，γ =0.9時(shí)，DUFFING 混沌振子處于大尺度周期態(tài)，其相圖和兩路時(shí)域圖如圖 2.6 所示。判斷 DUFFING 混沌振子處于混沌態(tài)還是周期態(tài)是判斷發(fā)送的基帶數(shù)據(jù)是 1 還是 0

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2757283