水声通信发射模块设计

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1、分类号密级注1UDC学位论文水声通信发射模块设计（题名和副题名）申银（作者姓名）指导教师詹惠琴教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业仪器科学与技术提交论文日期2018.04.10论文答辩日期2018.05.15学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。UnderwaterAcousticTransmissionModuleDesignAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronic

2、ScienceandTechnologyofChinaDiscipline:InstrumentScienceandTechnologyAuthor:YinShenSupervisor:Prof.HuiqinZhanSchool:SchoolofAutomationEngineering摘要摘要随着科技的发展，人类对石油和天然气的需求越来越大。深海蕴藏着丰富的油气资源，深海钻井就显得越来越重要。然而，深海钻井会出现很多突发情况，其中之一就是气侵。为了能控制钻井过程中由于气侵引起的突发情况，就需要将实时监测气侵的数据传

3、到海面上，以便及时处理。本文采用水声通信技术实现把数据从检测端传输到海面上。数字调制技术在水声通信中运用的最多，MFSK就是其中一种。MFSK既具有FSK的通信稳定性，又具有频谱利用率高的特点。MFSK的解调不需要恢复本地载波，可以采用数字解调，并且性能稳定，在实现中低速率的水声通信中，采用MFSK调制是一个很好的方法。传统的水声通信系统普遍存在功耗大，复杂度高，价格昂贵等特点。本文从低成本低功耗角度，采用基于MFSK的调制技术实现了两种水声通信发射模块，一种是基于NiosII的SOPC结构的水声通信发射模块，另外一

4、种是基于FPGA和MSP430结构的水声通信发射模块。由于MFSK属于多载波调制，为了简化系统，本文采用DDS技术实现不同频率的载波切换。为了降低误码率和复杂度，在处理同步时，每一个字节的数据都加上同步信号，在处理码间干扰时，采用相邻载波间加一段幅值为零的直流信号。本文设计的基于MFSK的水声通信系统主要包括扰码（解扰码）模块、交织（解交织）模块、卷积码（Viterbi译码）模块和4FSK的调制解调模块，并对这些模块做了FPGA实现和Modelsim仿真验证。本文对两种水声通信发射模块的相关技术进行了介绍和实现，给出

5、了相关的电路图，并且详细介绍了DAC电路、低通滤波器的设计和放大电路的设计。本文还从开发、功耗和成本三个角度讨论了两种方案的优缺点，在最后用实验验证了方案的可行性，并进行了系统测试，实现了通信速率为6.15kbps，误码率为10-5。关键词：MFSK，FPGA，发射模块设计，MSP430IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,mankind'sdemandforoilandnaturalgasisincreasing.Thedeepseaha

6、srichoilandgasresources,sodeepseadrillingisbecomingmoreandmoreimportant.However,therearemanyemergenciesindeepseadrilling,oneofwhichisgasinvasion.Inordertocontrolsuddeneventscausedbygasinvasionduringthedrillingprocess,itisnecessarytotransmitdataofreal-timemonito

7、ringgasinvasiontotheseasurface,sothatpeoplecandealwithitintime.Inthispaper,underwateracousticcommunicationtechnologyisusedtotransmitdatafromthedetectionterminaltotheseasurface.Digitalmodulationtechnologyisthemostwidelyusedinunderwateracousticcommunication,andMF

8、SKisoneofthem.MFSKnotonlyhasthestabilityofFSKcommunication,butalsohastheadvantageofhighspectrumutilization.ThedemodulationofMFSKdoesnotrequiretherestorationofthelocalcarrier