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《【畢業(yè)設(shè)計+開題報告+文獻綜述】水下無線通信系統(tǒng)的設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、本科畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程及自動化水下無線通信系統(tǒng)的設(shè)計一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義水下無線通信主要可以分成三大類：水下電磁波通信、水聲通信和水下光通信，它們具有不同的特性及應(yīng)用場合。1、水下電磁波通信技術(shù)的特點與發(fā)展眾所周知海水據(jù)有導電的性質(zhì)，因而海水對電磁有屏蔽的作用。海水中含有多種帶電離子，其中鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、碳酸根離子、氯離子、碳酸氫根離子，這8種離子占海水中溶質(zhì)總量的99％以上，這是使海水成為導體的主要原因。海水的電導率隨海區(qū)溫度、深度、鹽度的不同而不同，為3～5S∕m，工程上一般取其平均值：4S
2、∕m，它高于純水的電導率5～6個數(shù)量級。所以對平面電磁波傳播而言海水是有耗媒質(zhì)，這決定了平面電磁波在海水中的傳播衰減很大。（1）軍用岸對潛艇甚低頻單向通信這是一種世界各國家海軍傳統(tǒng)的軍用遠程單向通信方式，它從發(fā)射到接收的海區(qū)之間的傳播路徑是在大氣層中，衰減比較小，但從大氣層進人海面再到海面以下一定深度接收點的過程中，電磁波場強就會急劇下降。這就決定了水下電磁波通信只能用于遠距離的小深度的水下通信。平面電磁波從大氣層進入海面通信的發(fā)端在大氣層中，其平面電磁波以垂直極化的形式(這是傳播損耗較小的傳播形式)在海面上傳播，其水平磁場在海面感應(yīng)出水平電場，此水平電場以
3、接近垂直的方向向下傳播，最后到達接收點。電磁波從空氣中進人海面以下的能量是很少的。所以水下電磁波通信只能用于遠距離的小深度的水下通信。如果想將電磁波信號送到較大深度時，就需要適當降低工作頻率。（2）軍用岸對潛艇超低頻單向通信上世紀冷戰(zhàn)時期，美國和前蘇聯(lián)分別將岸對潛(艇)單向通信的工作頻率，從甚低頻的幾十千赫茲降到了超低頻的100Hz以下，從而實現(xiàn)了100m左右的收信深度。以上兩種方式的通信，發(fā)射設(shè)備的規(guī)模宏大，其占地面積以平方千米計，發(fā)射機輸出功率從幾百千瓦到數(shù)兆瓦，通信距離可達數(shù)千千米甚至超過萬米，但收信深度(33潛艇能可靠接收信號時艇的水線深度)都較淺，
4、甚低頻通信的收信深度僅幾米至幾十米，超低頻通信的收信深度也僅百米左右。2、水聲通信技術(shù)的特點與發(fā)展聲波在海面附近的典型傳播速率為1520m∕s，比電磁波的速率低5個數(shù)量級。與電磁波和光波相比較，聲波在海水中的衰減小得多，因此，水聲是一種有效的水下通信手段。2.1水聲信道的特性水聲通信系統(tǒng)的性能受復雜的水聲信道的影響較大。水聲信道是由海洋及其邊界構(gòu)成的一個非常復雜的介質(zhì)空間，它具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和獨特的上下表面，能對聲波產(chǎn)生許多不同的影響。一：聲能量的傳播損失。傳播損失是由于聲能擴展和衰減所引起的損失之和。擴展損失主要是由于波陣面的擴展引起聲能的擴散。二：環(huán)境噪聲。
5、海洋中有許多噪聲源，包括潮汐、湍流、海面波浪、風成噪聲、地震、火山活動和海嘯產(chǎn)生的噪聲、生物噪聲、行船及工業(yè)噪聲等。三：多徑效應(yīng)。由于介質(zhì)空間的非均勻性，水聲信道必然存在多徑現(xiàn)象，也就是說在一定波束寬度內(nèi)發(fā)出的聲波可沿幾種不同的路徑到達接收點。聲波在不同路徑中傳播時，由于不同路徑長度的差異，到達該點的聲波能量和時間也不相同，從而引起信號的衰落，造成波形畸變，并且使得信號的持續(xù)時間和頻帶被展寬。四：起伏效應(yīng)。由于介質(zhì)不但在空間分布上不均勻，而且是隨機時變的，使得聲信號在傳輸過程中也將是隨機起伏的。造成起伏的主要原因是海面、非均勻介質(zhì)的溫度微結(jié)構(gòu)和內(nèi)波。信道的起
6、伏造成信道的脈沖響應(yīng)具有時變性，這種時變性嚴重地影響了通信系統(tǒng)的性能。2．2水聲通信技術(shù)水聲信道一個十分復雜的多徑傳輸?shù)男诺?，而且環(huán)境噪聲高、帶寬窄、可適用的載波頻率低以及傳輸?shù)臅r延大。為了克服這些不利因素，并盡可能地提高帶寬利用效率，已經(jīng)出現(xiàn)多種水聲通信技術(shù)。(1)單邊帶調(diào)制技術(shù)。世界上第一個水聲通信系統(tǒng)是美國海軍水聲實驗室于1945年研制的水下電話，主要用于潛艇之間的通信。該模擬通信系統(tǒng)使用單邊帶調(diào)制技術(shù)，載波頻段為8～1lkHz，工作距離可達幾公里。(2)頻移鍵控(FSK)。頻移鍵控的通信系統(tǒng)從上世紀70年代后期開始出現(xiàn)到目前，在技術(shù)上逐漸提高。頻移鍵
7、控需要較寬的頻帶寬度，單位帶寬的通信速率低，并要求有較高的信噪比。(3)相移鍵控(PSK)。上世紀80年代初，水下聲通信中開始使用相移鍵控調(diào)制方式。相移鍵控系統(tǒng)大多使用差分相移鍵控方式(DPSK)33進行調(diào)制，接收端可以用差分相干方式解調(diào)。采用差分相干的差分調(diào)相不需要相干載波，而且在抗頻漂、抗多徑效應(yīng)及抗相位慢抖動方面都優(yōu)于采用非相干解調(diào)的絕對調(diào)相，但由于參考相位中噪聲的影響，抗噪聲能力有所下降。近年來，水聲通信在以下兩個方面取得了很大的進步：1、多載波調(diào)制技術(shù)。2、多輸人多輸出(MIMO)技術(shù)。3、水下光通信的特點與發(fā)展海水對藍綠光的衰減比對其它波段光的衰
8、減要小很多，這使得利用藍綠光進行水下無線光通信成為可
