[發(fā)明專利]一種基于FSK調(diào)制解調(diào)的水下中遠(yuǎn)距離電場(chǎng)通信系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111022970.8
• 申請(qǐng)日: 2021-09-01
• 公開（公告）號(hào): CN113660044A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡橋;陸濤;續(xù)丹;余雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B13/02
• 分類號(hào): H04B13/02;H04L27/12;H04L27/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于FSK調(diào)制解調(diào)的水下中遠(yuǎn)距離電場(chǎng)通信系統(tǒng)，MCU設(shè)置在發(fā)射端，采用2FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方式進(jìn)行通信，能夠發(fā)射串口信號(hào)至FPGA邏輯控制器進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大后經(jīng)發(fā)射電極發(fā)射至水下信道中；通過接收電極接收發(fā)射電極發(fā)射的信號(hào)，依次經(jīng)放大、濾波和再放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，然后輸入FPGA邏輯控制器中進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)得到的信號(hào)再傳輸接收端的MCU中完成通信，發(fā)射端和接收端分別連接電源管理模塊。本發(fā)明適用于體積較小，功耗低的水下通信設(shè)備之間的通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下電場(chǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FSK調(diào)制解調(diào)的水下中遠(yuǎn)距離電場(chǎng)通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，海洋機(jī)器人集群成為新型海洋裝備的發(fā)展趨勢(shì)和新型作戰(zhàn)模式，推動(dòng)水下機(jī)器人集群協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)在于解決水下機(jī)器人集群節(jié)點(diǎn)間快速穩(wěn)定通信技術(shù)難題。

對(duì)比于傳統(tǒng)的陸地上的集群通信方式，水下通信條件更加嚴(yán)苛，陸地上的無線電磁波等無線通信方式在水下衰減較為嚴(yán)重，故無線電磁波水下基本不可能實(shí)現(xiàn)。目前，水下無線通信方式主要分為，水下聲場(chǎng)通信，水下光通信以及水下電場(chǎng)通信。其中，水下聲通信是利用聲波在水里傳播實(shí)現(xiàn)通信。但還存在著傳輸速率低、帶競(jìng)有限；容易受水質(zhì)、水溫、水壓和水下噪聲的影響形成多路徑干擾信號(hào)和盲區(qū)等缺陷；水下光通信包括水下可見光通信、水下不可見光通信，研究表示這種技術(shù)受水下環(huán)境干擾嚴(yán)重，使得水下光通信技術(shù)在一定程度上受到制約。

由于電場(chǎng)本身所具有的高效的通信能力，所以一些學(xué)者開始將水下仿生電場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于水下通信中。但水下電場(chǎng)通信大多數(shù)水下電流場(chǎng)通信設(shè)備尺寸較為龐大、功耗較大、大都為超低頻通信并且不能動(dòng)態(tài)適應(yīng)通信距離，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的通信距離。而水下機(jī)器人集群通信系統(tǒng)，由于群集要求，對(duì)通信設(shè)備尺寸以及功耗有所要求，并且需要根據(jù)距離不同實(shí)時(shí)調(diào)整通信系統(tǒng)的放大倍數(shù)自適應(yīng)調(diào)整通信距離，所以需要一種適合遠(yuǎn)距離通信的、可自適應(yīng)位置變化的水下通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于FSK調(diào)制解調(diào)的水下中遠(yuǎn)距離電場(chǎng)通信系統(tǒng)，解決現(xiàn)有水下電場(chǎng)通信系統(tǒng)通信距離短的問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于FSK調(diào)制解調(diào)的水下中遠(yuǎn)距離電場(chǎng)通信系統(tǒng)，包括MCU，MCU設(shè)置在發(fā)射端，采用2FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方式進(jìn)行通信，能夠發(fā)射串口信號(hào)至FPGA邏輯控制器進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大后經(jīng)發(fā)射電極發(fā)射至水下信道中；通過接收電極接收發(fā)射電極發(fā)射的信號(hào)，依次經(jīng)放大、濾波和再放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，然后輸入FPGA邏輯控制器中進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)得到的信號(hào)再傳輸接收端的MCU中完成通信，發(fā)射端和接收端分別連接電源管理模塊。

具體的，發(fā)射端的MCU經(jīng)第一FPGA邏輯控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和功率放大電路與水下信道處的發(fā)射電極連接。

進(jìn)一步的，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過FPGA控制CS_N片選、SCLK同步時(shí)鐘、DIN數(shù)據(jù)輸入和CLR_N清零引腳完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，并搭配LT1678芯片進(jìn)行單極性到雙極性調(diào)制波轉(zhuǎn)換；通過DIN進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸入至LTC2642數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片中進(jìn)行模擬信號(hào)輸出。

進(jìn)一步的，功率放大電路的放大電壓為0～35V，輸出電流為0～10A，增益帶寬積0～2MHz。

具體的，接收電極將感應(yīng)到的信號(hào)發(fā)送至接收端的前級(jí)放大電路，前級(jí)放大電路依次經(jīng)帶通濾波器電路、自適應(yīng)增益放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后經(jīng)第二FPGA邏輯控制器與第二樹莓派控制器連接。

進(jìn)一步的，第二FPGA邏輯控制器的DAC驅(qū)動(dòng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，第二FPGA邏輯控制器的自適應(yīng)放大控制連接自適應(yīng)增益放大電路。

進(jìn)一步的，第二FPGA邏輯控制器分別連接有SDRAM存儲(chǔ)電路、FPGA外圍掉電存儲(chǔ)器和JTAG。