[發明專利]深海走航XCTD時變信道對傳輸性能影響的分析方法

在審

• 申請號: 201410242097.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103984837A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 鄭羽;付孝洪;高宇;方靜;王金海
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明以走航拋棄式溫度、鹽度、濕度(XCTD)剖面儀的傳輸信道為原型，提出了一種動態分析其有線信道對傳輸信號幅值和相位影響的方法。

背景技術

拋棄式測量儀器主要的產品為溫度剖面儀(XBT)，溫鹽剖面儀(XCTD)，聲速剖面儀(XSV)和海流剖面儀(XCP)等，其中XCTD最為常用。該類儀器為一次性使用，由水上接收機和水下探頭兩部分組成，入水后探頭中的傳感器即開始測量，隨著測量探頭在水中的下沉(速度約3～5m/s)，探頭內部的數據采集器實時完成海洋環境參量的采集、處理和傳輸，以數字信號形式通過探頭內的細傳輸線同步傳到船上，最終形成測量剖面圖。由于環境的要求，深海走航拋棄式測量儀器信號傳輸部分大多使用有線信道，隨著探頭的快速下降，原纏繞在線軸上的傳輸線不斷釋放，隨放線長度不斷變化，線軸的電感量不斷減小，展開傳輸線線間電容不斷增大，信道的電阻抗，線間電容對信號的完整性傳輸的破壞性越來越大，線上分布參數不斷變化，不能保證穩定的信道，這種動態實時改變的信道阻抗特性破壞了信號傳輸的穩定性，信號畸變嚴重，嚴重影響了深海走航拋棄式測量儀器信道傳輸的穩定性。尤其在高速率通訊時，常用的數字通訊方式已無法適用于這種工況，給信號解調帶來極大的困難。

根據所做過的一些研究表明，XCTD(拋棄式鹽、溫、深)剖面儀下沉到一定深度后信號傳輸嚴重失真，因此本發明首先推導出各電路參數隨信道長度變化的規律，建立簡化的傳輸電路模型和該模型的傳輸函數。通過定性的分析得出傳輸頻率，分布電容和纏繞電感對信號相位的影響。并利用MATLAB軟件分析XCTD在動態放線過程中信道對信號幅值和相位的影響，以及其影響的原因。可以進一步指導拋棄式走航測量系統的電路設計，提高測量數據的精度和信號傳輸的穩定性。

發明內容

本發明的目的是解決XCTD在傳輸信號的過程中，時變信道對傳輸性能的影響，提出了一種動態分析其有線信道對傳輸信號幅值和相位影響的方法。

本發明方法根據具體應用環境建立了XCTD傳輸信道的模型，并利用MATLAB軟件分析XCTD在動態放線過程中信道對信號幅值和相位的影響，以及其影響的原因。

本發明以走航拋棄式溫度、鹽度、濕度(XCTD)剖面儀的傳輸信道為原型，在考慮海水這個導體環境下，估算放線長度與傳輸線電路電容(C)，電感(L)，電阻(R)的關系，并精確對信道阻抗值進行求解，并進一步討論參數間的相互影響關系，建立優化后的變參數信道電路模型，分析2000m范圍內線圈動態放線過程中各參數變化對信號幅值和相位的影響，討論這種時變傳輸信道對信號傳輸性能的影響，可以解決我國投棄式海洋環境監測儀器的技術發展的瓶頸問題。

本發明的技術方案：

本發明基于水下XCTD剖面儀傳輸信道，發明了一種應用MATLAB軟件建模分析的方法，可表述為，采用MATLAB分析信道傳輸的穩定性，從而得到兩金屬導線之間的分布電容值以及每一根金屬導線與海水之間的電容值。最后將所得的這兩個電容值和理論計算值進行比較，來驗證仿真結果的正確性。

本發明提供的深海走航XCTD時變信道對傳輸性能影響的分析方法，具體步驟是：

第1步、信道分布電容的計算

本發明采用通過多次配置鏡像電荷的方法來求解平行導線間的電容，用多次鏡像后的集中電荷系取代導體表面的分布電荷，而維持諸邊界條件不變，從而使電容的求解過程簡化，其主要根據是電磁理論中的唯一性定理和圓截面導線鏡像公式，計算模型如圖1左圖所示。

第2步、信道分布纏繞電感和分布電阻的計算

本發明線圈纏繞為標準螺旋電感，其電感緊密的纏繞在圓柱型骨架上，中間介質為空氣，計算模型如圖1右圖所示。根據分析，采用Brooks?Coil?Inductance模型估算纏繞線軸的電感量，電感值與線軸線長的變化規律如圖2所示。

第3步、信道傳輸模型的建立

本發明根據放線過程中的各參數的變化規律，建立了簡化的信道電路模型圖，如圖3所示。由于傳輸線為雙股漆包線，纏繞方式和所處環境等影響因素完全相同，所以電路模型上下對稱，參數數值相等。

第4步、進行500m深信道靜態阻抗對傳輸相位的分析

由于目前在大深度測量過程中，為了提高數據傳輸的穩定性和質量，減少數據傳輸的誤碼率，因此在通信過程中數據的傳輸采用調相編碼與解調方式，分析信道阻抗動態變化對數據傳輸相位的影響具有重要的意義。

第5步、2000m信道動態阻抗對傳輸相位的分析