[发明专利]基于扫频法的感应耦合海洋通信系统信道特性的分析方法

说明书

本发明以感应耦合温盐深链的传输信道为原型，搭建了一套感应耦合海洋通信系统，提出基于扫频法来研究感应耦合海洋通信系统的信道特性，分别将海水和淡水环境下理论电路模型计算得到的幅频和相频特性与采用扫频法实际测量得到的幅频和相频特性进行对比，从而对信道的特点进行描述，并根据所测的幅频和相频曲线，还原经过系统的方波信号来验证幅频和相频特性的准确性。通过分析得到系统的理论最高传输速率达到100Kbps，远远高于目前中国的传输速率，本系统的设计为感应耦合信道的评估提供了一个新的研究方法，为提高感应耦合海洋通信的传输速率提供了实验依据。

技术领域

本发明以感应耦合温盐深链的传输信道为原型，提出基于扫频法来研究感应耦合海洋通信系统的信道特性，为感应耦合传输信道研究提供了一个新的方法，为提高感应耦合海洋通信系统的传输速率和降低信号传输的误码率提供了实验依据。

背景技术

感应耦合传输通讯技术作为海洋测量的重要技术之一，是采用电磁感应原理实现无接触水下信号传输，其具有传输方式结构简单、成本低，传输距离远的特点，同时传感器可以部署到很深的海域。采用无接触式电磁感应方式进行数据传输是一种有效、经济、可靠的方法，适宜于深海数据的传输，可将其应用于海洋立体观测网络建设的剖面测量中。感应耦合海洋通信系统主要由水下数据采集系统，传输信道和水上接收终端三部分组成，其中传输信道由耦合磁环(包括水上磁环和水下磁环)、传输缆和水体组成。在感应耦合海洋实际测量工作中，传输缆与海水组成一个闭合回路，相当于一个单匝线圈，水下数据采集系统中的传感器完成对不同深度下的海水温度、盐度等信息的采集，并将数据保存下来传到水下磁环，然后通过感应耦合传输到单匝线圈再传输到水上磁环，最后传输到水上终端进行处理。

目前，中国所研发的感应耦合传输系统即是以海洋环境、铁氧体材料的磁环、高强度的塑包钢缆为传输通道，应用DPSK的调制解调技术，实现数据信息的传输，其传输速率达到1200bps。相较于中国，其他国家基于感应耦合原理的传输系统已拥有多种类型的成熟的产品。现阶段，掌握感应耦合传输技术并实际应用到海洋监测系统的主要有两个公司，分别是美国的SBE-BIRD和加拿大的RBR 公司。SBE-BIRD公司的感应耦合传输系统与海流计、多普勒剖面仪等设备有标准串行接口，与遥测感应传输系统可集成在一起，其传输速率可达9.6Kbps。RBR 公司的感应耦合数据传输系统是将水下感应耦合发送器和水下仪器集成在一起，与声学传输方式或电缆传输相比，性能优越，价格适中。但其传输速率不高，只能达4.8K bps，两公司的产品都适用于海水和淡水。本发明通过扫频法测量了系统的信道传输特性，得到系统的通频带远远高于国内的传输速率，为提高感应耦合海洋通信系统的信道传输特性提供了一种新的研究思路。

发明内容

本发明的目的是通过扫频法测出系统信道的通带范围，以便得到信道的最高传输速率，并和目前实际的传输速率对比，提高信道的实际传输速率。

本发明对感应耦合信道进行了理论建模，并根据模型计算出了幅频和相频特性表达式，利用阻抗分析仪测出了所需物理量的值，计算出理论的幅频和相频特性。另外，利用LABVIEW软件、Agilent 81150A信号发生器和NI USB-6259数据采集卡搭建了系统信道模型的测量平台以测量发送信号和经过系统后接收到的信号之间的幅值和相位的关系，得到了系统1KHz～100KHz频率范围内的幅频和相频特性。

本发明以感应耦合海洋通信系统的信道为研究对象，分别测量了在淡水和海水环境下的信道的幅频和相频特性，并通过还原经过系统的方波信号来验证所测幅频和相频特性的准确性。此外，另外，利用调制方法传递信号时，在解调之前先按照测得的系统的信道特性对接收到的信号进行还原可以大大降低信号传输的误码率。该发明为感应耦合传输信道研究提供了一个新的方法，并对提高感应耦合传输速率和降低误码率具有重要的理论指导意义。

本发明的技术方案：