基于SOPC技术的水声通信半物理仿真平台设计与实现

摘要

由于水声通信传输信道自身的高噪声、高复杂性的影响，针对水声通信纯数字离线仿真中系统模型抽象困难、简化模型无法有效模拟实际系统的问题和现场级试验高投入、低效率、易失败、长周期性的限制，以FPGA为核心控制器，基于SOPC技术，设计并实现了一个水声通信半物理仿真平台，满足高效率的水声通信技术及后续信道编码算法研究的需求。该论文给出了水声通信半物理仿真平台的整体设计思想、水声通信发送及接收节点的基础硬件电路、浮子节点及汇聚节点的基础硬件电路、水声播放及接收硬件逻辑、浮子节点及汇聚节点硬件逻辑、嵌入式软件控制部分、水声半物理仿真平台上位机监控软件的详细设计。
　　针对水声高速、等间隔发送接收的需求，在水声发送接收节点设计中提出了“NIOSII处理器+乒乓RAM+发送接收硬件协处理器”的设计方式。水声数据播放和接收过程采用乒乓RAM数据缓存设计方式，使得处理器的中断频率降低，避免播放及接收过程中数据信息的丢失。乒乓操作按节拍、相互配合切换，将经过缓冲的数据流输送到“后续数据流运算处理模块”进行应用，以达到完成数据的无缝缓冲与处理目标。
　　该仿真测试平台采用PC机监控系统、汇聚节点、浮子节点、水声发送接收节点的模块化布放模式，可方便的进行湖、海、河等现场布放。数据传输通道采用透明传输思想，即在信息数据传输过程中PC机通过汇聚节点、浮子节点到水声通信节点之间的通信方式就是一种透明传输的通信数据的转发方式。这种透明传输思想的应用可方便实现“海试”或者“湖试”现场设备布置，也可方便的进行实验室直接试验连接。
　　基于LABVIEW设计的水声通信实时监控系统可满足进行各种操作命令下发、现场数据统计与分析、波形数据文件显示、数据存储及报警等需求。
　　基于该水声通信半物理平台，进行了系统联调测试试验，结果表明，系统联调的结果性能良好，上位机监控界面人机交互人性化，可有效提高水声通信技术的研究效率。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 课题来源

1.3 国内外发展历史与研究现状

1.4 论文研究内容

1.5 论文结构安排

2 水声通信半物理仿真平台系统整体方案设计

2.1 水声半物理仿真系统整体结构设计

2.2 关键设计方法及关键模块设计

3 水声通信半物理仿真系统硬件设计

3.1 水声通信半物理仿真系统硬件电路介绍

3.2 基于SOPC技术的水声发送节点硬件逻辑设计与实现

3.3 基于SOPC技术的水声接收模块硬件逻辑设计与实现

4 水声通信半物理仿真系统软件部分设计与实现

4.1 水声发送及接收节点控制软件设计

4.2 发送接收前相关参数配置

4.3 水声汇聚节点控制软件设计

4.4 水声浮子节点控制软件设计

5 系统通信协议的定制

5.1 通信协议格式

5.2 通信协议具体通信任务

5.3 具体通信协议定制

6 基于LABVIEW上位机通信运行监控软件设计与实现

6.1 水声通信上位机运行监控软件设计必要性

6.2 上位机通信运行实时监控软件整体设计

6.3 上位机通信运行实时监控软件关键模块设计

6.4 上位机通信运行实时监控软件实现

7 系统级联调试及结果分析

7.1实验环境

7.2实验数据

8 总结与展望

参考文献

致谢

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