【摘要】：水下傳導電流場通信技術是以水為媒質(zhì)利用電偶極子天線感應場變化來獲取信息的一種通信方式,但是由于接收信號衰減程度與通信距離的三次方成反比,當通信距離較遠時,一般數(shù)字接收機很難在信噪比較低的情況下接收到信號。DUFFING混沌振子這類振子具有對特定頻率信號的極高的敏感性和很強的帶外信號濾除能力,能夠在很低的信噪比下探知到信號,并且由于水媒質(zhì)的電導率較大,高頻干擾信號都被衰減掉了,背景噪聲要比空間干凈許多,非常有利于對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,來提高水下傳導電流場的通信距離,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)分析了水下傳導電流場通信的數(shù)學模型和通信原理。針對在通信距離較遠時,數(shù)字接收機很難在信噪比較低的情況下接收到信號的問題,提出結(jié)合混沌通信的手段,通過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的問題。針對現(xiàn)有的DUFFING混沌振子模型進行MATLAB仿真分析,并在此基礎上提出一種改進的DUFFING混沌振子數(shù)學模型,對其進行MATLAB仿真分析以及利用MULTISIM進行模擬實現(xiàn),通過相圖充分證明了其確實具備混沌特性。具體分析了改進DUFFING混沌振子模型的動力學行為,在理論上以及通過MATLAB對改進DUFFING混沌振子模型的抗噪聲性能進行了分析與仿真。(2)針對利用以FSK為調(diào)制方式的水下傳導電流場通信系統(tǒng),采用改進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數(shù)方法,即用本地兩路不同頻率的改進DUFFING混沌振子同時處理,低通濾波,取模抽樣軟判決,利用統(tǒng)計值消除干擾,將兩路進行碼判決的方法獲取準同步信號,最終實現(xiàn)通信。此種方法實現(xiàn)簡單,易于芯片化實現(xiàn),通過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電流場通信的距離和可靠性。設計對應的硬件實現(xiàn)系統(tǒng),針對硬件實現(xiàn)系統(tǒng)中載波信號頻率和本地振子頻率存在誤差的問題,提出了基于兩頻率四相位的濾波計數(shù)方法。使用硬件描述語言Verilog完成對應調(diào)制解調(diào)程序的編寫,進行物理實現(xiàn)。(3)針對利用以PSK為調(diào)制方式的水下傳導電流場通信系統(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數(shù)的方法,通過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的八相位濾波計數(shù)方法,即八相位同時解調(diào),將解調(diào)數(shù)據(jù)或運算,利用處理后的數(shù)據(jù)數(shù)值跳變判斷信號的方法獲取原始信息,最終實現(xiàn)通信。另一種與前一種類似,只不過僅需四相位同時解調(diào),通過判斷不到一半時間長度的周期態(tài)來判斷跳變點。用MATLAB進行仿真分析并利用FPGA進行物理實現(xiàn),實現(xiàn)水下傳導電流場語音信號和數(shù)字信號的傳輸。本文設計的以FSK為調(diào)制方式和以PSK為調(diào)制方式的水下傳導電流場混沌通信系統(tǒng),可以在較低信噪比的條件下通信,提高了水下傳導電流場通信的距離和可靠性,同時還保留了水下傳導電流場通信適應環(huán)境能力強,靈活性高等特點。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O415.5;TN91
【圖文】：

圖 2.1 水下傳導電流場無線通信模型信號經(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，完成通信。

圖 2.2 電偶極子電場強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于兩者間距足夠小，發(fā)射端兩電偶極媒質(zhì)是一個無限大的均勻?qū)щ娊橘|(zhì)，可以在觀測角

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 ω =1rads， k =0.5，γ =0.9時，DUFFING 混沌振子處于大尺度周期態(tài)，其相圖和兩路時域圖如圖 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】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2757283