电磁信号跨介质无线传输系统设计与实现

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文电磁信号跨介质无线传输系统设计与实现硕士研究生：丁庆东指导教师：薛伟教授学科、专业：信息与通信工程论文主审人：李北明副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文电磁信号跨介质无线传输系统设计与实现硕士研究生：丁庆东指导教师：薛伟教授学位级别：工学硕士学科、专业：信息与通信工程所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2018年3月14日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:AD

2、issertationforthetheDegreeofM.EngDesignandImplementationofaCrossMediumWirelessTransmissionSystemforElectromagneticSignalsCandidate:DingQingdongSupervisor:Prof.XueWeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:InformationandCommunicationEngineerin

3、gDateofSubmission:March14,2018DateofOralExamination:March11,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

4、意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明

5、。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日电磁信号跨介质无线传输系统设计与实现摘要21世纪以来通信技术的高速发展不断满足着人们日益增长的各种各样的需求，手机，对讲机等常用通信方式以电磁波为载体，在空气中进行无线通信。随着工业的发展与生产资源的紧缺，近年来人们开始研究能够穿透岩层、冰层、海水等媒质的跨介质通信技术，用于矿井应急通信、水下无线传感器网络通信、水面遥控水下无人艇、潜艇通信等方面。为了有效实现跨介质通信，

6、对其进行深入研究具有十分重要的意义。本文将从基本理论着手，首先对有耗媒质中电磁参量，偶极子天线等进行研究，设计一套用于测量电磁参数的硬件系统，在此基础上，基于2DPSK调制解调方式设计了一套跨介质通信系统。本文主要研究内容有以下几个方面。（1）首先介绍了有耗媒质中的几种基本电磁参量，在此基础上，建立了无限大有耗媒质中的电偶极子与磁偶极子模型，仿真分析了电磁场在有耗媒质中的传播特性。（2）根据海水中水平电偶极子在空气中产生的含有贝塞尔积分的各个分量电磁场积分表达式，利用海水中的电磁参量特点进行了公式化简的工作，建立了其传播

7、特性数学模型，为后续实现跨介质通信提供了理论依据。（3）针对海水-空气两层媒质进行了物理实验测试系统的设计工作，包括水密外壳设计、功率放大器设计、天线优化设计与阻抗匹配方案设计等，在此基础上，采用不同形式天线进行了海水-空气两层媒质电磁场传播特性的测试工作，并与理论结果进行了比较和分析，为实现有耗媒质中的无线通信提供了理论和实验依据。（4）针对海水-空气两层媒质信道设计实现了一套无线通信系统，包括调制、解调、信道编码与译码、同步系统及模拟电路系统等，并进行了外场无线通信测试工作，实现了跨介质无线信息传输，达到了预期的效果

8、，验证了利用电磁信号进行跨介质通信的可行性。关键词：跨介质；有耗媒质；无线通信；FPGA；2DPSK电磁信号跨介质无线传输系统设计与实现ABSTRACTTherapiddevelopmentofcommunicationtechnologyhasmeetvariousneedsofpeopleincreasingsi