隨著海洋開發(fā)加速,水下傳感器網(wǎng)絡作為海洋科學中的重要技術手段成為了世界范圍內(nèi)的研究熱點,水聲通信網(wǎng)絡通過網(wǎng)絡技術將大量水下節(jié)點互聯(lián),使其可在不同水下場景靈活應用。其中分布式水聲網(wǎng)絡因其安全性高,靈活性強和易于擴充的優(yōu)點,在海洋環(huán)境監(jiān)測,資源勘探,水下定位導航以及戰(zhàn)術監(jiān)督等領域有著廣泛應用。現(xiàn)今國外已經(jīng)有了一系列的成熟產(chǎn)品,而我國由于起步時的落后和國外的技術封鎖,還沒有較成熟的研究成果。本文通過分析分布式水下傳感器網(wǎng)絡的應用場景及需求特點完成了一款水下網(wǎng)絡節(jié)點的設計與實現(xiàn)。根據(jù)水下網(wǎng)絡節(jié)點能通信互聯(lián)并根據(jù)指令更新自身位置信息的需求,設計了一款集聲學應答功能、聲指令信號檢測功能、自定位功能以及水聲通信功能為一體的水下節(jié)點,能夠滿足分布式水下傳感器網(wǎng)絡的應用場景。論文開展了理論算法分析工作,并結合實際應用場景對水下節(jié)點的系統(tǒng)技術指標進行了論證,同時論文還完成了水下節(jié)點的硬件設計工作,包括以TI公司TMS320VC5509A芯片為處理核心的數(shù)字信號處理電路,具有高增益、低功耗的多級放大接收電路和使用D類功放的發(fā)射電路,并在該硬件平臺上完成軟件的設計與實現(xiàn),以達成預期功能。最后進行了水池測試以及... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

LinkQuest公司UWM3000H型MODEM（左）和UWM4000型MODEM（右）

美國LinkQuest公司的SoundLink Underwater Acoustic Modems使用寬帶水聲擴頻技術和混合調(diào)制方式，并且采用了高效糾錯編碼和信道均衡，具有高速可靠的優(yōu)點，廣泛的應用于海洋環(huán)境監(jiān)測、AUV 數(shù)據(jù)鏈和水下潛艇等多個領域[18]。圖 1.1 LinkQuest 公司 UWM3000H 型 MODEM（左）和 UWM4000 型 MODEM（右）Benthos 公司的 ATM88X、ATM9XX 系列和集成 MODEM 的 SMART 智能釋放器都是用于為水下儀器和水面單元或基站提供可靠無線數(shù)據(jù)通信的水下聲通信MODEM[1其工作深度達 6000m，傳輸速率最高為 15360bps，具有三個不同工作頻帶（9-14kHz,16-2kHz,22-27 kHz）。

UV、水面船只等移動節(jié)點。節(jié)點之間通過聲波通信進行無絡。人們可以通過這種網(wǎng)絡快速獲得水下設備的數(shù)據(jù)，并給水下設備，達成水下預警，目標探測，定位導航和海洋環(huán)技術是水下網(wǎng)絡節(jié)點的關鍵技術[29]。通信技術之外，水下網(wǎng)絡節(jié)點的的自定位也是其重要技術節(jié)點的位置信息非常重要，其可用來標識獲得的數(shù)據(jù)的源現(xiàn)基于節(jié)點位置的路由協(xié)議和基于地理位置的數(shù)據(jù)存儲進行組網(wǎng)定位，導航和探測的水聲網(wǎng)絡來說，節(jié)點的位置節(jié)點，其位置可以通過 GPS 定位系統(tǒng)或其他定位系統(tǒng)簡單波在水中的嚴重衰減，水下節(jié)點無法通過 GPS 進行定位。在校準及布放困難的問題，且作用距離有限，靈活性較差點，不僅數(shù)量多而且范圍廣，如果人工地逐個測量不僅需量人力物力，因此水下節(jié)點的自定位功能十分重要。目前通過與多個已知自身確切位置的參考節(jié)點（如配有 GPS 的及相應的定位算法來獲得節(jié)點自身的位置[30]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]水聲通信及組網(wǎng)的現(xiàn)狀和展望[J]. 朱敏,武巖波.  海洋技術學報. 2015(03)
[2]水下無線傳感器網(wǎng)絡定位技術研究進展[J]. 畢京學,郭英,甄杰,張鼎凱,楊凱,段淑珍.  導航定位學報. 2014(01)
[3]載人潛水器“蛟龍”號的水聲通信信號處理[J]. 朱維慶,朱敏,武巖波,楊波,徐立軍,傅翔,潘鋒.  聲學學報. 2012(06)
[4]水下無線傳感器網(wǎng)絡的研究進展[J]. 郭忠文,羅漢江,洪鋒,楊猛,倪明選.  計算機研究與發(fā)展. 2010(03)
[5]水聲通信與水聲網(wǎng)絡的發(fā)展與應用[J]. 許肖梅.  聲學技術. 2009(06)
[6]水下網(wǎng)絡的發(fā)展與應用[J]. 邱立軍,王文雙.  艦船電子工程. 2009(05)
[7]水下數(shù)字語音通信系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)[J]. 郭中源,陳巖,賈寧,郭杰,陳庚,莫福源,馬力.  聲學學報(中文版). 2008(05)
[8]水聲網(wǎng)絡鏈路層協(xié)議的仿真研究[J]. 安效峰,馬曉民,張宏滔.  系統(tǒng)仿真學報. 2008(05)
[9]時頻編碼在水聲通信中的應用[J]. 劉林泉,梁國龍,吳波,李宏偉,尚超.  聲學技術. 2007(05)
[10]一種寬帶水聲換能器匹配方法的研究[J]. 閔祥國.  棗莊學院學報. 2007(05)

博士論文
[1]大規(guī)模水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點精確定位技術研究[D]. 韓云峰.哈爾濱工程大學 2016
[2]AUV水聲跳頻通信關鍵技術研究[D]. 范巍巍.哈爾濱工程大學 2015
[3]深水長基線定位導航技術研究[D]. 張居成.哈爾濱工程大學 2014
[4]基于OFDM的淺海高速水聲通信關鍵技術研究[D]. 徐小卡.哈爾濱工程大學 2009
[5]水聲通信中的自適應均衡與空間分集技術研究[D]. 李霞.哈爾濱工程大學 2004

碩士論文
[1]水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位算法研究[D]. 張震.青島科技大學 2015
[2]水下通信網(wǎng)絡及其自定位的系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 房偉.西北工業(yè)大學 2015
[3]基于水下無線傳感器網(wǎng)絡的AUV自組網(wǎng)關鍵技術研究[D]. 王士凱.中國海洋大學 2014
[4]水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計[D]. 唐樹青.合肥工業(yè)大學 2012
[5]水聲通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件平臺的設計與實現(xiàn)[D]. 唐偉杰.哈爾濱工程大學 2010
[6]水下通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件平臺的設計和實現(xiàn)[D]. 劉名.哈爾濱工程大學 2008
[7]水聲通信網(wǎng)絡中網(wǎng)絡協(xié)議的研究與設計[D]. 孫桂芝.哈爾濱工程大學 2003



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