【摘要】：當(dāng)下隨著陸地資源的急劇消耗,能源等戰(zhàn)略物資的匱乏,各個(gè)國(guó)家都加大了對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用,在不斷深入的開發(fā)過程中,蛙人以獨(dú)立靈活的水下作業(yè)特性越來越受到人們的重視。水下工作人員在水下復(fù)雜的環(huán)境中需要實(shí)時(shí)和其他工作點(diǎn)或岸基控制人員進(jìn)行語音溝通來協(xié)同工作,同時(shí)也需要把本身的位置信息快速、準(zhǔn)確的傳輸給控制臺(tái)以獲得包含有具體操作信息的文本指令。本文的主要內(nèi)容是以雙工同傳水下通信與導(dǎo)航系統(tǒng)為背景而設(shè)計(jì)的一套基于MBE語音壓縮和OFDM調(diào)制技術(shù)的水下蛙人低功耗通信系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)包括通信系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)等四個(gè)部分。通信仿真是對(duì)該系統(tǒng)通信過程的原理分析和闡述,主要有語音壓縮技術(shù)、信道編碼技術(shù)和OFDM調(diào)制技術(shù),并設(shè)置合理的通信參數(shù)進(jìn)行仿真分析;電路設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)部分主要包括電源模塊、輸入輸出信號(hào)調(diào)理模塊、語音壓縮模塊、MSP430系統(tǒng)整體控制模塊和OFDM處理模塊;程序設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)部分,主要包括系統(tǒng)整體控制程序、OFDM模塊的算法程序和數(shù)字信號(hào)時(shí)序邏輯控制程序,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)搭建好的通信系統(tǒng)完成了功能測(cè)試;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為水池實(shí)驗(yàn)和湖試實(shí)驗(yàn)兩部分,水池實(shí)驗(yàn)是在昆明705研究所水池進(jìn)行,目的是驗(yàn)證該通信系統(tǒng)在水聲信道環(huán)境下的基本工作特性,包括語音通信功能和文本通信功能以及通信指標(biāo)的驗(yàn)證;湖試實(shí)驗(yàn)是在撫仙湖進(jìn)行,主要是完成了與水下通信與導(dǎo)航系統(tǒng)的整體功能實(shí)現(xiàn)測(cè)試和穩(wěn)定性能驗(yàn)證。
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圖片說明： 該通信系統(tǒng)在滿足實(shí)時(shí)的語音通信時(shí)，可以及時(shí)把蛙人的位置信息傳輸?shù)交�，同逡逑時(shí)也可以把基地下達(dá)的操作指令在顯示屏上進(jìn)行顯示，方便蛙人在水下進(jìn)行查看，指導(dǎo)逡逑操作任務(wù)。該通信系統(tǒng)包括通信發(fā)射端、水聲信道和通信接收端，流程如圖２．１所示。逡逑上位機(jī)￣｜邐Ｊ文本信息逡逑（ＡＲＭ）邐１邋編碼逡逑ＬＬ￣？模數(shù)轉(zhuǎn)換——？語音信號(hào)編碼邐＿倍道以錯(cuò)編一？邋ＯＦ＾１調(diào)ＤＡＣ邋一？功＾放大１逡逑一＾邐收發(fā)合置媝逡逑￣上位機(jī)￣Ｉ邐文本信息邐水聲信道逡逑（ＡＲＭ）邐解碼逡逑￣ｎｒ￣邐收發(fā)合置０逡逑邐邋邐邋１邐換能器｜逡逑＾邐——數(shù)a弧鏌糶藕艠o？？——侶道ｇ錯(cuò)解＾＿邋0Ｆ°ＭＷ邐ＡＤＣ邋？？－測(cè)，大Ｔ逡逑圖２．１通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逡逑發(fā)射系統(tǒng)主要是通過外部傳感器如水下麥克等接收語音信號(hào)，然后經(jīng)過采集和模數(shù)逡逑轉(zhuǎn)換變?yōu)榉奖闾幚淼臄?shù)字信號(hào)；此時(shí)得到的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)量過大，無法在系統(tǒng)中有效氋逡逑速傳輸以滿足實(shí)時(shí)的需要，語音編碼可以消除語音信號(hào)自身所具備的很大的冗余信息，逡逑形成低碼率的數(shù)字信號(hào)，此外人耳聽覺的掩蔽效應(yīng)對(duì)高頻信息和相位變化不敏感也為語逡逑音信號(hào)的進(jìn)一步壓縮提供了可行性；當(dāng)完成語音壓縮后，為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�，人逡逑為的為低速的�?shù)據(jù)流加入特定的冗余度進(jìn)行信道編碼，使其具有自動(dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的能逡逑力；完成信道編碼后的數(shù)據(jù)流稱為符號(hào)
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圖片說明： 基頻越尚，音調(diào)越局；聲音的強(qiáng)度是指聲波的能量，也就是聲音振動(dòng)的幅度，逡逑它與肺部壓縮空氣的多少有關(guān)；音長(zhǎng)是指發(fā)音的長(zhǎng)短，它由發(fā)音持續(xù)時(shí)間決定。逡逑根據(jù)人體語音信號(hào)產(chǎn)生的過程，可以建立如圖２．２所示的聲源系統(tǒng)數(shù)字模型，即把逡逑語音的激勵(lì)特性和聲道的輻射特性分離^u來，激勵(lì)發(fā)生器產(chǎn)生一種隨機(jī)變化的噪聲信號(hào)逡逑或者是一串脈沖，用一個(gè)時(shí)變的線性系統(tǒng)來代替聲輻射。改變不同的聲源和系統(tǒng)參數(shù)可逡逑以輸出特定的語音信號(hào)［３６］。逡逑白噪聲發(fā)生器邐邐逡逑邐＊邐邋邐邋邐１邋妒逡逑ｕ／ｖ判決邋邐聲道模型邐？輻射模型邋一？！邋ｇ逡逑邐邋邐Ｌ－邐ｒ邐邐邐Ｊ－邐邐邐邋ｍ逡逑脈沖發(fā)生器￣￣＾邐周期脈沖模型邐邐邋邐逡逑邐１邐１邐聲道參數(shù)逡逑基因頻率逡逑圖２．２語音信號(hào)產(chǎn)生的數(shù)字模型逡逑２．１．３邋ＭＢＥ工作原理逡逑多帶激勵(lì)編碼（ＭＢＥ）編碼器在頻域里進(jìn)行工作，在不附加預(yù)測(cè)參差的情況下也可逡逑９逡逑
【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】：2015
【分類號(hào)】：TN929.3;P754.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2516065