[發明專利]一種水下電場通信系統

有效

• 申請號: 202011607733.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112821961B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 胡橋;余雷;續丹;趙振軼;馮興龍;孫帥帥
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種水下電場通信系統，其特征在于，包括發射電路、接收電路和邏輯控制器(9)；發射電路用于輸出一路PWM波載波信號和一路UART串口發射信號至水信道中，并對所輸出的信號放大；接收電路用于從水信道中接收信號并將接收到的信號放大后傳輸至邏輯控制器(9)，邏輯控制器(9)用于對放大后的信號通過線性積累平均數字濾波方法進行數字濾波，然后通過整形方法進行信號還原修復，對還原修復后的信號進行歸一化處理獲得原始二進制基帶信號，并將原始二進制基帶信號反饋至發射電路；發射電路包括依次連接的發射控制器(1)、調制電路(2)、功率放大電路(3)和發射電極(4)；發射控制器(1)用于輸出一路PWM波載波信號和一路UART串口發射信號至調制電路(2)；調制電路(2)通過幅頻調制方法對UART信號進行調制后輸入至功率放大電路(3)；功率放大電路(3)將輸入的調制信號的電流以及電壓放大后送至發射電極(4)；發射電極(4)將接收到被放大的信號以脈沖電場的形式發送至水信道中；接收電路包括依次連接的接收電極(5)、放大電路和AD轉換電路(8)；接收電極(5)用于接收水信道中的脈沖電動勢并傳至放大電路，接收到的脈沖電動勢在放大電路中放大達到所述AD轉換電路(8)最小識別電壓，AD轉換電路(8)將接收到放大后的信號轉換為數字量輸入至邏輯控制器(9)，放大電路包括前級放大電路(6)和次級放大電路(7)，前級放大電路(6)將接收電極(5)感應到的微弱信號放大達到所述AD轉換電路(8)最小識別電壓；次級放大電路(7)連接于邏輯控制器(9)和AD轉換電路(8)，次級放大電路(7)通過邏輯控制器(9)控制將前級放大電路(6)輸出電壓放大至同一范圍內，然后傳輸至AD轉換電路(8)，邏輯控制器(9)用于接收AD轉換電路(8)輸出的數字信號，并編譯相應的放大倍數判斷所述AD轉換電路(8)輸入電壓的幅值是否達到要求，如果沒有達到要求，則通過次級放大電路(7)放大倍數；對達到要求的信號采用并行的線性積累平均數字濾波方法以及整形方法對接收到的信號進行還原修復，邏輯控制器(9)包括放大倍數控制模塊(16)、線性積累模塊(17)、整形模塊(18)和包絡解調模塊(19)，AD轉換電路(8)輸出的數字信號傳輸至放大倍數控制模塊(16)，放大倍數控制模塊(16)連接于次級放大電路(7)，線性積累模塊(17)連接于整形模塊(18)，整形模塊(18)連接于包絡解調模塊(19)，包絡解調模塊(19)包括依次連接的低通濾波器模塊(20)、判決輸出模塊(21)和基帶信號模塊(23)，判決輸出模塊(21)連接有位同步脈沖模塊(22)，整形模塊(18)連接于低通濾波器模塊(20)。

2.根據權利要求1所述的一種水下電場通信系統，其特征在于，前級放大電路包括前級運算放大器，前級運算放大器的同向輸入端為信號輸入端Signal_IN，前級運算放大器的反向輸入端接地，前級運算放大器的外接電阻端接有可調電阻R10，前級運算放大器的電源正極端接電容C24一端，電容C24另一端接地，前級運算放大器的電源負極端接電容C27一端，電容C27的另一端接前級運算放大器的外接電容端。

3.根據權利要求1所述的一種水下電場通信系統，其特征在于，次級放大電路包括兩個級聯的次級放大器，前級放大電路電壓輸出端PGA_IN連接其中一個次級放大器輸入端，另一個次級放大器為次級放大電路的電壓輸出端PGA_OUT，其中一個次級放大器的電壓端串聯有電容C23和電容C22，電容C22一端與其中一個次級放大器的-VCC端和DIGITAL端連接后接地，電容C22另一端與電容C23一端、其中一個次級放大器的VREF端連接，電容C23的另一端與其中一個次級放大器的+VCC連接；其中一個次級放大器的-VCC和+VCC端接12V電源；另一個次級放大器的電壓端串聯有電容C25和電容C26，電容C26一端與另一個次級放大器的-VCC端連接后接地，電容C26另一端與電容C25一端、另一個次級放大器的VREF端連接，電容C25的另一端與另一個次級放大器的+VCC、VREF端連接。

4.根據權利要求1所述的一種水下電場通信系統，其特征在于，發射控制器的電路包括電阻R7、電阻R8、NPN三極管Q1、PNP三極管Q2、NPN三極管Q3和電容C30，電阻R7一端接NPN三極管Q3的基極，NPN三極管Q1的基極、PNP三極管Q2的基極與NPN三極管Q3的集電極相連，電阻R8一端接NPN三極管Q3集電極，電阻R8另一端接電源和NPN三極管Q1的集電極，NPN三極管Q1發射極與PNP三極管Q2發射極接發射電極的發射陽極電極板，PNP三極管Q2集電極、NPN三極管Q3發射極接地線并接至發射電極的發射陰極電極板。