[發明專利]基于掃頻法的感應耦合海洋通信系統信道特性的分析方法

有效

• 申請號: 201710205797.2
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107070570B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 鄭羽;李晴文;王曉瑞;靳翔羽;張賽;秦瀟叢
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B17/382
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明以感應耦合溫鹽深鏈的傳輸信道為原型，搭建了一套感應耦合海洋通信系統，提出基于掃頻法來研究感應耦合海洋通信系統的信道特性，分別將海水和淡水環境下理論電路模型計算得到的幅頻和相頻特性與采用掃頻法實際測量得到的幅頻和相頻特性進行對比，從而對信道的特點進行描述，并根據所測的幅頻和相頻曲線，還原經過系統的方波信號來驗證幅頻和相頻特性的準確性。通過分析得到系統的理論最高傳輸速率達到100Kbps，遠遠高于目前中國的傳輸速率，本系統的設計為感應耦合信道的評估提供了一個新的研究方法，為提高感應耦合海洋通信的傳輸速率提供了實驗依據。

技術領域

本發明以感應耦合溫鹽深鏈的傳輸信道為原型，提出基于掃頻法來研究感應耦合海洋通信系統的信道特性，為感應耦合傳輸信道研究提供了一個新的方法，為提高感應耦合海洋通信系統的傳輸速率和降低信號傳輸的誤碼率提供了實驗依據。

背景技術

感應耦合傳輸通訊技術作為海洋測量的重要技術之一，是采用電磁感應原理實現無接觸水下信號傳輸，其具有傳輸方式結構簡單、成本低，傳輸距離遠的特點，同時傳感器可以部署到很深的海域。采用無接觸式電磁感應方式進行數據傳輸是一種有效、經濟、可靠的方法，適宜于深海數據的傳輸，可將其應用于海洋立體觀測網絡建設的剖面測量中。感應耦合海洋通信系統主要由水下數據采集系統，傳輸信道和水上接收終端三部分組成，其中傳輸信道由耦合磁環(包括水上磁環和水下磁環)、傳輸纜和水體組成。在感應耦合海洋實際測量工作中，傳輸纜與海水組成一個閉合回路，相當于一個單匝線圈，水下數據采集系統中的傳感器完成對不同深度下的海水溫度、鹽度等信息的采集，并將數據保存下來傳到水下磁環，然后通過感應耦合傳輸到單匝線圈再傳輸到水上磁環，最后傳輸到水上終端進行處理。

目前，中國所研發的感應耦合傳輸系統即是以海洋環境、鐵氧體材料的磁環、高強度的塑包鋼纜為傳輸通道，應用DPSK的調制解調技術，實現數據信息的傳輸，其傳輸速率達到1200bps。相較于中國，其他國家基于感應耦合原理的傳輸系統已擁有多種類型的成熟的產品。現階段，掌握感應耦合傳輸技術并實際應用到海洋監測系統的主要有兩個公司，分別是美國的SBE-BIRD和加拿大的RBR 公司。SBE-BIRD公司的感應耦合傳輸系統與海流計、多普勒剖面儀等設備有標準串行接口，與遙測感應傳輸系統可集成在一起，其傳輸速率可達9.6Kbps。RBR 公司的感應耦合數據傳輸系統是將水下感應耦合發送器和水下儀器集成在一起，與聲學傳輸方式或電纜傳輸相比，性能優越，價格適中。但其傳輸速率不高，只能達4.8K bps，兩公司的產品都適用于海水和淡水。本發明通過掃頻法測量了系統的信道傳輸特性，得到系統的通頻帶遠遠高于國內的傳輸速率，為提高感應耦合海洋通信系統的信道傳輸特性提供了一種新的研究思路。

發明內容

本發明的目的是通過掃頻法測出系統信道的通帶范圍，以便得到信道的最高傳輸速率，并和目前實際的傳輸速率對比，提高信道的實際傳輸速率。

本發明對感應耦合信道進行了理論建模，并根據模型計算出了幅頻和相頻特性表達式，利用阻抗分析儀測出了所需物理量的值，計算出理論的幅頻和相頻特性。另外，利用LABVIEW軟件、Agilent 81150A信號發生器和NI USB-6259數據采集卡搭建了系統信道模型的測量平臺以測量發送信號和經過系統后接收到的信號之間的幅值和相位的關系，得到了系統1KHz～100KHz頻率范圍內的幅頻和相頻特性。

本發明以感應耦合海洋通信系統的信道為研究對象，分別測量了在淡水和海水環境下的信道的幅頻和相頻特性，并通過還原經過系統的方波信號來驗證所測幅頻和相頻特性的準確性。此外，另外，利用調制方法傳遞信號時，在解調之前先按照測得的系統的信道特性對接收到的信號進行還原可以大大降低信號傳輸的誤碼率。該發明為感應耦合傳輸信道研究提供了一個新的方法，并對提高感應耦合傳輸速率和降低誤碼率具有重要的理論指導意義。

本發明的技術方案：