[发明专利]基于自适应前馈信号抗干扰的水下能源与信号传输系统

说明书

本发明涉及水声设备设计与制造领域技术领域，具体涉及基于自适应前馈信号抗干扰的水下能源与信号传输系统，包括：基于IUETS原理的无线电能传输单元：采用定向自补偿电磁耦合技术，通过对发射机输出端和接收机输入端的状态监测，对比发射机输入端状态，对收发端做定向补偿，保持能量传输的最佳状态；水下信号传输单元：包括信号发射机与接收机，利用正交频分调制技术OFDM设计分载波多通道水下高速信息传输系统，来实现海水介质中的无线高速数据传输，正交频分调制技术是将信道分成若干正交子信道，电能与信号混合传输单元：为无人水下航行器(UUV)等水下设备提供稳定可靠而又高效的大功率能源补给和数据传输解决方案。

技术领域

本发明涉及水声设备设计与制造领域技术领域，具体涉及基于自适应前馈信号抗干扰的水下能源与信号传输系统。

背景技术

由于电磁信号在水下的衰减巨大，所以水下信号传输目前是一片空白。空气中部分电磁波之所以传输受限，主要是由于空气中有水蒸气、氧气、二氧化碳等的吸收频段，水是特殊介质，其分子结构是极化的二元结构，极化的水分子在高频电磁波的作用下，会迅速把电磁能量转化为机械能，使水温迅速上升，同时消耗并吸收了电磁能量，从而使水中的电磁信号传播受到了极大的抑制。在时变水文状态下，有效可靠的传输电能和高速信号传输是一个世界级的挑战。水声通讯的速率目前局限于kbps数量级，而水下信号传输速率Mbps以上的迄今尚无公开报道。

目前，水下预置设备大都采用电池供电，一旦电池消耗殆尽即刻自沉自毁，制约其水下长期工作能力的发挥；水下工作的UUV需要定期回收到母船上进行充电并导出数据，很不方便，难以满足实际使用需要。如何解决预置水中设备和UUV在水下直接进行能源补给和海量数据导出问题是发挥这类设备能力的关键。因此，必须开展水下能源与信号传输技术研究，以解决在水下对预置设备和UUV进行较大功率的能源补给和数据信号及命令的传输难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于自适应前馈信号抗干扰的水下能源与信号传输系统，通过开展基于IUETS原理的海水中非接触能源与信号传输系统技术研究，进行样机试制和湖海相关试验，为无人水下航行器(UUV)等水下设备提供稳定可靠而又高效的大功率能源补给和数据传输解决方案。

本发明通过以下技术方案予以实现：

基于自适应前馈信号抗干扰的水下能源与信号传输系统，包括：

基于IUETS原理的无线电能传输单元：采用定向自补偿电磁耦合技术，通过对发射机输出端和接收机输入端的状态监测，对比发射机输入端状态，对收发端做定向补偿，保持能量传输的最佳状态；

水下信号传输单元：包括信号发射机与接收机，利用正交频分调制技术OFDM设计分载波多通道水下高速信息传输系统，来实现海水介质中的无线高速数据传输，正交频分调制技术是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输；

电能与信号混合传输单元：包括水下感应耦合电能传输模块，采用在该模块中增加一对信号传输天线，通过电磁感应实现信号的传输。

优选的，在基于IUETS原理的无线电能传输单元使用时，还包括考虑海水电导特性的水下无线能量传输系统电磁耦合的等效互感模型。

优选的，系统能量传输效率是收发机间距离的函数；通过选取合适的拓扑结构优化系统参数Q，使其有较大的距离误差冗余，从而保证能量的高效率稳定传输。

优选的，还包括构建的初级并联-次级并联互感电路模型。

优选的，还包括控制电路模块，其主要功能是产生PWM信号驱动主电路中开关元件进行方波逆变；该电路由PWM电路产生PWM信号，再由驱动电路进行隔离放大，从而驱动主电路中的开关元件。