自航模水声遥控指令技术研究

摘要

声波是目前海中实现中、远距离无线通信唯一有效的信息载体，因此水声通信对于国防的保障和海洋经济的发展都有着极其深远的意义。为了满足人类海洋活动如水下目标识别、通信、定位和导航等方面的需要，许多国家在水声方面投入了大量的人力物力，取得了许多的成果，研制出了许多应用于不同环境的水声设备。但是噪声高、带宽窄、载波频率低、传输时延大、多途径效应随时间、空间、频率变化等信道特性都会给有效、可靠的水声通信带来很大的麻烦，由多径传播引起的信号衰落和码间干扰是影响水声通信系统性能的主要原因。 本文对航模水声通信技术进行研究并重点说明了系统的关键技术及解决途径。通过对水声信道特性进行了分析，为了提高信噪比和降低误码率，采用频率编码方式进行通信。对遥控遥测系统中频率编码发射机进行了设计和研究，并对数字信号处理分机的算法进行了MATLAB仿真及可行性分析并进行自航模的遥控接收机中滤波器软硬件设计与实现，方法是采用基于FPGA的分布式算法实现滤波器的设计。 实验测试结果表明，该系统对于处理高频窄脉冲信号的效果达到了预期的设计要求。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题背景和研究意义

1.2水声通信的发展现状

1.2.1非相干调制方式[3]

1.2.2相干调制方式[3]

1.3水声信道特点及分析

1.3.1多普勒效应[22]

1.3.2多径效应[15]

1.3.3有限通信带宽

1.3.4时变、空变、随机性

1.3.5非平稳的海洋环境噪声和本底噪声

1.4涉及的关键技术及解决措施

1.4.1抗多途干扰

1.4.2抗电磁干扰

1.4.3抗内测信号对遥控指令接收的干扰

1.5本论文的主要研究内容

第2章频率编码信号检测算法仿真

2.1概述

2.2自适应陷波滤波器

2.2.1原理

2.2.2仿真分析

2.3数字窄带FIR滤波器

2.3.1原理

2.3.2仿真分析

2.4采用瞬时频率估计方法解码

2.5准正交采样的瞬时频率估计方法

2.6按参考信号频率整数倍采样的瞬时频率估计方法

2.7本章小结

第3章编码发射机设计与实现

3.1发射机工作原理

3.2发射机编码形式

3.3遥控分系统编码设计与实现

3.2.1遥控编码板主芯片介绍

3.2.2遥控编码板软件仿真分析

3.4发射系统的主要技术指标

3.5发射波形的实现

3.4.1用模拟电路来产生发射波形信号

3.4.2用数字电路产生复杂信号的方法

3.6分频电路与单稳态触发电路设计

3.7数模转换部分

3.8 EPROM存储说明

3.9烧写程序

3.10遥测系统编码发射方案

3.11本章小结

第4章遥控接收机滤波器设计

4.1 FIR数字滤波器设计

4.1.1数字滤波器的实现方法

4.1.2采用分布式算法提高MAC速度

4.1.3滤波器系数的量化

4.1.4 MIF文件生成

4.2 FIR滤波器的硬件实现

4.2.1 FLEX10K系列器件介绍[7]

4.2.2 FLEX10K的特点与结构

4.3 FIR滤波器的软件实现

4.3.1并行DA FIR滤波器的实现原理

4.3.2滤波器的主要模块化分

4.3.3仿真分析

4.6本章小结

第5章实验结果分析

5.1实验室实验结果分析

5.2水池实验结果分析

5.3结论

结论

参考文献

致谢

附录A.毕业设计PCB图及实物图