投弃式温盐深测量检测系统的数字通信部分设计

摘要

XCTD是投弃式(Expendable)电导率(Conductivity)、温度(Temperature)、深度(Depth)剖面测量仪的简称，是国外近年来研制并得到快速发展的一种先进的电导率、温度剖面测量设备。该类仪器为海洋调查、科学研究、军事应用等诸多方面提供了先进的测量手段。由于国外一些国家对我国实行XCTD技术封锁，目前我国无法通过正常渠道采购到XCTD设备，为了开发我国的投弃式测量设备，本课题研究了XCTD测量检测系统数字通信部分的设计。
　　 本文分析了XCTD测量检测系统的信道特性，提出了以DPSK调制方式来传输XCTD剖面仪的水下数字信号。并搭建了以FPGA为开发核心的数字通信系统，完成了XCTD测量检测系统的数字通信部分的设计。
　　 本文首先介绍了XCTD测量检测系统数字调制器的设计，它的工作过程为:串口接收到的水下数据送入FPGA内部，然后通过其内部的DPSK调制模块及DDS频率合成计进行调制，最后通过数模转换器将调制信号转换为模拟信号发送出去。其次，为了减小系统的误码率，采用相干解调设计了XCTD测量检测系统的数字解调器。在数字解调器中，数字混频采用乘法器来实现，使用matlab设计FIR数字滤波器，滤除高频信号，采用了科斯塔斯环来提取同步载波，NCO使用了DDS技术实现，在FPGA中实现了数字解调。在设计中选用了Xilinx公司的Spartan-3E系列器件，在此集成环境下，调用库存功能模块或直接用verilog语言编写功能模块，来完成设计。最后，完成了XCTD剖面仪测量检测系统数字通信部分的设计。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 XCTD发展现状

1．2．1 国外XCTD发展概况

1．2．2 国内XCTD发展状况

1．3 XCTD的组成和基本工作原理

1．3．1 XCTD的组成

1．3．2 XCTD的工作原理

1．4 论文的主要内容

第二章 系统总体方案设计

2．1 XCTD剖面仪的研究目标

2．2 传输导线的螺旋电感量分析

2．2．1 电感量的计算理论

2．2．2 ANSYS电感参数的计算

2．3 平行导线分布电容分析

2．3．1 平行导线分布电容的计算原理

2．3．2 平行导线分布电容计算结果分析

2．4 平行导线电阻的计算

2．5 传输信道的电路模型分析

2．5．1 传输信道的简化电路图

2．5．2 信道电路方式的理论推导

2．6 XCTD测量检测系统的信号调制方式选择

2．7 XCTD测量检测系统通信方案设计

2．7．1 XCTD测量检测系统的通信设计方案比较

2．7．2 XCTD测量检测系统的通信平台介绍

2．7．3 系统开发软件介绍

第三章 XCTD测量检测系统数字调制器设计

3．1 DPSK调制原理

3．2 XCTD数字调制器的设计与实现

3．2．1 数据采集器与数字调制器的接口通信

3．2．2 差分编码的实现

3．2．3 直接数字频率合成计的设计与实现

第四章 XCTD测量检测系统数字解调器设计

4．1 DPSK解调基本原理

4．2 DPSK解调同步原理

4．3 XCTD数字解调器的设计与实现

4．3．1 模数转换器

4．3．2 NCO与相乘器的设计

4．3．3 低通滤波的设计

4．3．4 判决器与差分解码

第五章 系统调试

5．1 串口模块

5．2 调制系统的测试

5．3 解调的测试

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢