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水声通信半物理仿真平台的设计与实现

作 者: 许丽丽
导 师: 王建国
学 校: 中国海洋大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 半物理仿真 水声通信 数据回收 WIFI网络 在应用下载
分类号: TN929.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 66次
引 用: 0次
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内容摘要


水声通信是进行海洋开发和海洋监测的重要手段之一。由于水声信道本身的各种问题,比如窄带宽、大延迟、高噪声、严重多径衰落的时变、空变等特点,使得水声通信传输数据速率低,传输误码率高,由此水声通信技术成为当今最具挑战的通信领域之一。目前对水声通信的研究,主要集中于计算机仿真和水声Modem开发方面。厦门大学研究的《水声信道建模及其仿真平台的实现》利用Matlab建立仿真界面,对水声信道本征路径模型进行了仿真工作;西北工业大学的《水声扩频通信系统仿真研究》主要对扩频技术在水声通信中的应用做了仿真研究。计算机仿真虽然可以大大节省水声实验在人力,物力,才力等方面的开支,但是简化的水声模型无法全面模拟复杂的水声信道,从而造成仿真结果与实际应用难以切合的问题。因此现在很多研究机构也致力于水声Modem的开发,目的是希望在实际的水声通信中检验水声算法,提高水声通信质量。但是水声仪器设备的搬运布放,水声节点的供电耐压以及密封性,海上试验的高成本,低效率都成为水声通信实验不可避免的难题。本文针对目前水声通信面临的各种问题,提出了水声通信半物理仿真平台的概念。该平台集水声通信实验,水声数据采集回收及显示处理,水声算法仿真评估,水声算法在应用下载于一体,充分满足水声实验工作者对水声通信各方面研究的需求。课题研究的总体目标是为高可靠、高性能水声通信与组网技术的研究提供一个通用的仿真、验证、实验平台,为水声传感器网络通信算法和编解码技术的研究提供高效、准确、实时、灵活的技术支撑,基本解决水声通信面临的主要难题。课题基于水声半物理仿真软件控制平台,WIFI无线通信,水声传感器网络,以及FPGA芯片的串行配置特性实现。通过制定合理的通信协议,保证系统功能的准确实现。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 引言  10-15
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题研究意义  11-12
  1.3 课题研究内容  12-13
  1.4 论文组织安排  13-15
2 系统整体方案设计  15-24
  2.1 系统组成  15-16
  2.2 系统功能介绍  16-17
  2.3 系统工作流程  17-19
  2.4 系统解决的关键技术  19-20
    2.4.1 基于Nano Wireach 的 WIFI 无线通信  19
    2.4.2 大容量水声通信波形数据回收  19
    2.4.3 水声算法半物理仿真软件设计  19-20
    2.4.4 水声节点程序在应用下载  20
  2.5 系统协议制定  20-24
3 WIFI 无线通信设计  24-39
  3.1 基于TCP(面向连接)的Socket 通信简介  24-25
  3.2 Nano Wireach 模块介绍  25-27
  3.3 AT+i 协议介绍  27-30
  3.4 系统 WIFI 通信设计方案  30-39
    3.4.1 WIFI 通信系统组成及通信流程  30-31
    3.4.2 WIFI 通信软件模块设计  31-36
    3.4.3 浮子节点 WIFI 通信设计  36-39
4 波形数据采集回收设计  39-52
  4.1 波形数据采集回收流程  39-42
  4.2 水声节点波形数据采集回收模块设计  42-44
  4.3 浮子节点数据存储模块设计  44-49
    4.3.1 波形文件格式设计  44-46
    4.3.2 SD 卡文件存储设计  46-49
  4.4 波形数据回收及分析处理设计  49-52
5 水声算法半物理仿真设计及实现  52-62
  5.1 算法文件规范设计  52-53
  5.2 水声通信数据组织设计  53-55
  5.3 水声算法半物理仿真软件设计  55-62
    5.3.1 Visual C++与 Matlab 混合编程  55-57
    5.3.2 水声算法半物理仿真软件模块设计  57-62
6 基于 FPGA 的水声节点程序在应用下载设计  62-71
  6.1 FPGA 芯片配置方式简介  62-65
    6.1.1 JTAG 配置方式  62-63
    6.1.2 主动串行配置  63-65
  6.2 SRecord文件格式简介  65-66
  6.3 在应用下载方案设计  66-69
  6.4 水声节点程序更新设计  69-71
7 系统软件层设计实现  71-76
  7.1 RibbonBar 工作区设计  71-72
  7.2 WorkspaceBar 侧边栏设计  72-73
  7.3 OutputBar 信息输出栏设计  73
  7.4 View 视图区设计  73-76
8 总结  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
个人简历  81
硕士期间发表论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 水下通信(声纳通信)
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