基于同轴电缆的能源与多路视频混合传输系统研制

摘要

海洋覆盖了地球表面的71％，是全球生命支持系统的一个基本组成部分，同时也是资源的宝库，环境的重要调节器，随着世界经济和科技的发展，矿产资源的需求量与日俱增，人们已经逐步把注意力由陆地转向了资源丰富的海洋。国家“十二五”规划也把海洋事业放在一个非常重要的战略位置，要大力发展海洋事业，在海洋生态环境保护、深海探测等领域要不断取得突破，海洋经济正在成为国民经济新的增长点。然而现有的多种深海探测技术都受到能量供给的限制，已经严重制约着中国海洋事业的发展。无论是深海探测还是海洋资源开发，水下设备的能源供给技术都是最基本、最重要的技术之一。
　　本论文针对深海探测系统能源供给不足这一现状，对国内目前一些深海有缆监控系统的分析，提出并实现了功率能源与多路视频信号及数据信号的同缆混合传输技术应用于深海有缆监控系统。
　　本论文的主要内容为：
　　1、系统的总体结构方案设计。分析目前主要深海监控系统中的功率能源供给方式及国内外发展动态，以及对深海监控系统水下设备所需的总功率的考虑，明确了混合传输系统需要完成的任务和功能，制定出功率能源与多路视频混合传输系统的总体结构框图。
　　2、运用电网络理论和传输线理论对深海监控系统的传输介质即同轴电缆的传输特性进行分析，掌握其传输特性，拟采用50Ω基带电缆。同时研究不同负载功率时负载电压与传输效率的关系，以及采用高压直流输电的优越性，比较了几种远程数据信息传输方式，并采用以太网数字用户线(TDD based Ethernet Digital Subscriber Line，EDSL)传输方式作为本系统的数据信号传输方式。
　　3、数据耦合器的设计。包括数据耦合器的原理与电路结构设计，磁芯材料及形状的选取，归一化的滤波器设计方法，电感器的制作，主要保护电路的设计。
　　最后，对整个系统进行调试。包括数据耦合器的性能测试，以及整个系统的供电系统调试、通信系统调试和整装调试。实验结果表明，所设计的功率能源与多路视频混合传输系统是实际可行的，并且可靠、稳定，大大提高了中国深海探测设备的性能，具有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 远程数据通讯

1.2.2 功率能源与数据信号混合传输现状

1.3 本文研究内容

1.4 本文组织结构

第二章 系统总体方案设计

2.1 深海监控现状简介

2.2 研究目标

2.3 系统结构设计

2.4 本章小结

第三章 信号采集与传输模块设计与选型

3.1 信号采集模块选型

3.1.1 视频服务器简介

3.1.2 视频服务器运行参数及原理简析

3.2 信号传输模块选型

3.2.1 远程数据传输应用背景

3.2.2 EDSL工作原理

3.3 本章小结

第四章 同轴电缆传输特性分析

4.1 同轴电缆传输线模型

4.1.1 同轴电缆RLCG模型

4.1.2 双口网络模型

4.2 同轴电缆基本特性参数

4.2.1 特性阻抗Zc

4.2.2 传播常数γ

4.2.3 衰减特性

4.3 本章小结

第五章 能源传输及水下电源系统设计

5.1 深海勘探能量供给技术背景

5.2 深海远程能源传输技术

5.2.1 高压直流输电技术

5.2.2 高压输电的必要性

5.2.3 交直流输电的比较

5.3 水下电源系统设计

5.3.1 水下直流高压逆变系统

5.3.2 水下设备总功耗

5.3.3 DC/DC电路设计与安装

5.4 本章小结

第六章 数据耦合器的设计

6.1 数据耦合器原理

6.2 数据耦合器的设计

6.2.1 高通滤波电路的设计

6.2.2 低通滤波器的设计

6.3 磁芯的选择

6.3.1 磁性材料简介

6.3.2 磁芯形状

6.3.3 磁芯参数

6.3.4 环形磁芯线圈电感

6.4 电感设计及其他器件选型

6.4.1 电感L3的设计

6.4.2 电感L1和L2的设计

6.4.3 电容及主要保护器件选定

6.5 数据耦合器制作

6.6 本章小结

第七章 系统整体调试

7.1 调试与仿真

7.2 数据耦合器模块测试

7.2.1 低通滤波器测试

7.2.2 高通滤波器测试

7.3 系统综合调试

7.4 调试结果

第八章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 工作展望

致谢

参考文献

附录