[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

本發明公開了一種水下電場通信系統，采用發射電路、接收電路和邏輯控制器進行信號的收發，通過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，通過接收電路將動態范圍廣的微弱信號經前放到后輸入至邏輯控制器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，將原始二進制基帶信號反饋至發射電路進行運動控制，提高了水下通信系統的通信能力。

技術領域

本發明涉及水下電場通信領域，特別涉及一種水下電場通信系統。

背景技術

在海洋中蘊藏著許多礦產資源和豐富的生物資源，海洋對人類社會的發展有著龐大的經濟利益價值。截至目前為止，人類使用各種各樣的工具對海洋進行探索，但是依然只探索了地球海洋資源的十分之一，大部分的海洋資源任是未知的。水下通信尤為重要。

由于水下信號衰減嚴重以及水下機器人位置實時變化，故水下通信信號較為微弱，并且動態變化范圍較廣，可以達到十的四次方數量級。因此急需開發一種遠距離、低誤碼率水下通信系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下電場通信系統，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種水下電場通信系統，包括發射電路、接收電路和邏輯控制器；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，邏輯控制器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。

進一步的，發射電路包括依次連接的發射控制器、調制電路、功率放大電路和發射電極；發射控制器用于輸出一路PWM波載波信號和一路UART串口發射信號至調制電路；調制電路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；功率放大電路將輸入的調制信號的電流以及電壓放大后送至發射電極；發射電極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。

進一步的，接收電路包括依次連接的接收電極、放大電路和AD轉換電路；接收電極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轉換電路最小識別電壓，AD轉換電路將接收到放大后的信號轉換為數字量輸入至邏輯控制器。

進一步的，放大電路包括前級放大電路和次級放大電路，前級放大電路將接收電極感應到的微弱信號放大達到所述AD轉換電路最小識別電壓；次級放大電路連接于邏輯控制器和AD轉換電路，次級放大電路通過邏輯控制器控制將前級放大電路輸出電壓放大至同一范圍內，然后傳輸至AD轉換電路。

進一步的，邏輯控制器用于接收AD轉換電路輸出的數字信號，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。

進一步的，邏輯控制器包括放大倍數控制模塊、線性積累模塊、整形模塊和包絡解調模塊，AD轉換電路輸出的數字信號傳輸至放大倍數控制模塊，放大倍數控制模塊連接于次級放大電路，次級放大電路連接于整形模塊，整形模塊連接于包絡解調模塊。

進一步的，編譯包絡模塊包括依次連接的低通濾波器模塊、判決輸出模塊和基帶信號模塊，判決輸出模塊連接有位同步脈沖模塊，整形模塊連接于低通濾波器模塊。