【摘要】：我國是一個(gè)能源大國,隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,我國對石油的需求量與日俱增。大型石油儲罐作為油品存儲的重要設(shè)施,在數(shù)量迅速增長的同時(shí)其安全也受到廣泛的關(guān)注。石油儲罐一旦發(fā)生事故,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至威脅生命、財(cái)產(chǎn)安全,影響巨大。本文以基于游弋式無線傳感節(jié)點(diǎn)的石油儲罐罐底腐蝕在線檢測系統(tǒng)的應(yīng)用為背景,研究儲罐封閉空間內(nèi)的水聲通信技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案,主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)建立了儲罐水聲信道模型,明確了不同形狀、不同尺寸封閉空間水聲信道的沖激響應(yīng),討論了儲罐空間內(nèi)多徑信號的特點(diǎn),并與海洋中的多徑效應(yīng)進(jìn)行了對比與分析,為構(gòu)造適合儲罐內(nèi)應(yīng)用的水聲通信方案提供了理論依據(jù)。(2)針對儲罐內(nèi)水聲信道的特點(diǎn)以及對水聲通信的要求,提出了直接序列擴(kuò)頻OFDM通信方案,并分析了擴(kuò)頻OFDM通信方案的抗多徑性能,討論了擴(kuò)頻OFDM的信道編碼方案。計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,擴(kuò)頻OFDM技術(shù)相比傳統(tǒng)OFDM方法在儲罐空間內(nèi)擁有更可靠的傳輸性能。(3)游弋式傳感節(jié)點(diǎn)在檢測過程中需要將采集到的腐蝕聲發(fā)射數(shù)據(jù)回傳到中央控制站,這一過程需要盡可能高的傳輸速率。擴(kuò)頻OFDM系統(tǒng)方案的擴(kuò)頻過程造成了頻譜資源的浪費(fèi)。論文結(jié)合儲罐腐蝕聲發(fā)射檢測應(yīng)用中擴(kuò)頻序列較短的特點(diǎn),提出了映射序列擴(kuò)頻OFDM的方法。仿真和試驗(yàn)證明了映射序列擴(kuò)頻OFDM方案比直接序列擴(kuò)頻OFDM方案傳輸效率提高了兩倍。(4)分析了多普勒頻移對儲罐內(nèi)擴(kuò)頻OFDM水聲通信系統(tǒng)的影響,提出了基于最大相關(guān)峰偏移的多普勒因子估計(jì)方法,采用兩步補(bǔ)償法對多普勒頻移進(jìn)行補(bǔ)償,計(jì)算簡單、運(yùn)算量小,能滿足實(shí)時(shí)處理的需要。試驗(yàn)證明利用本文的估計(jì)與補(bǔ)償方法,能夠有效消除游弋式傳感節(jié)點(diǎn)移動(dòng)中的多普勒頻移對通信的影響。
[Abstract]:China is an energy power, with the rapid development of the national economy, our country's demand for oil is increasing. As an important facility for oil storage, large-scale oil storage tanks are of great concern at the same time of rapid growth. In the event of an accident, the oil storage tank will cause great economic loss and even threaten the life, property safety and great influence. In this paper, based on the application of the on-line detection system of the tank bottom of the oil storage tank based on the wandering type wireless sensor node, the underwater acoustic communication technology and the implementation scheme in the closed space of the storage tank are studied. The main work includes the following aspects: (1) the underwater acoustic channel model of the storage tank is established, The impulse response of the underwater acoustic channel with different shapes and different sizes is defined, the characteristics of multi-path signals in the tank space are discussed, and the multi-path effect in the ocean is compared and analyzed, which provides a theoretical basis for constructing the underwater acoustic communication scheme suitable for the application in the storage tank. (2) In view of the characteristics of the underwater acoustic channel in the storage tank and the requirements of the underwater acoustic communication, the direct sequence spread spectrum OFDM communication scheme is proposed, and the anti-multipath performance of the spread spectrum OFDM communication scheme is analyzed, and the channel coding scheme of the spread spectrum OFDM is discussed. The computer simulation and the test data show that the spread spectrum OFDM has more reliable transmission performance in the tank space than the traditional OFDM method. (3) The mobile sensing node needs to transmit the collected corrosion acoustic emission data back to the central control station during the detection process, which requires as high a transmission rate as possible. The spreading process of the spread spectrum ofdm system scheme results in a waste of spectrum resources. In this paper, based on the characteristics of the short-spectrum sequence in the detection and application of the corrosion-acoustic emission of the storage tank, a method for spreading the OFDM by using the mapping sequence is proposed. The simulation and test prove that the transmission efficiency of the mapping sequence spread spectrum OFDM scheme is more than twice the transmission efficiency of the direct sequence spread spectrum OFDM scheme. (4) The influence of the Doppler frequency shift on the spread spectrum OFDM underwater acoustic communication system in the storage tank is analyzed, and the Doppler factor estimation method based on the maximum correlation peak shift is proposed. The two-step compensation method is adopted to compensate the Doppler frequency shift, and the calculation is simple, the calculation amount is small, and the need of real-time processing can be met. The experimental results show that the influence of Doppler shift on communication can be effectively eliminated by using the estimation and compensation method of this paper.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE973

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本文編號：2444833