基于单片机压电陶瓷的水下声通信系统设计 (2)
5.3 MSP430G2553数据采集 31
5.4 电路调试实物图 32
总结 34
致谢 35
参考文献 36
1 绪论
1.1水声通信系统的研究背景
近年来海洋监测越来越重要，海中通信对海洋安全、军事活动、海上作业、减灾防灾、海洋工程等海洋事业具有重大影响。
当前，各种与海洋资源开发配套的技术和装备日新月异，发展十分迅速，海洋资源开发技术的进步极大地推动了海洋事业向更深和更广的领域拓展。在军事上，水下通信至关重要。在第二次世界大战中，水下潜艇的应用使人们深切地体会到水下通信的重要性。在二战的大西洋战场上，德国潜艇占据了主导地位，它的潜艇作战成就远远超过其他国家，使敌军付出了惨痛的代价。因此，水下目标的探测以及潜艇之间的通信等军事技术已经成为我国海防建设中不可或缺的组成部分。面对他国的挑衅和众多的海洋资源以及领土纠纷，只有先进的水下通信技术可以使我国不断地发展壮大，扬我国威。
海洋的开发与通信技术密不可分，需要研究建立稳定可靠的水下通信系统。
水下通信环境极为复杂。海洋水下通信信道的特异性，决定了无线电通信中的一些成熟的技术，以至基本原理，在水声数字通信中并不适用，或需要修正后才能适用。水声通信信道的特异性包括：声吸收及散射引起大的传输衰落和严格带限；强起伏特异性引起声信号振幅和相位的起伏；海水介质因太阳的辐射和海流等的混合作用，形成了相对稳定的深度方向的声速梯度；多途径效应，从而形成了时域上分布复杂的脉冲序列；声速低，导致传输时间可能大于信道的相关时间，水声信道将不符合时不变信道；海洋环境噪声级高。
有缆方式活动范围受限、对其他海洋活动存在不良影响，花费高昂，因此，水下无线通信是海洋开发利用的方向。可分三类：水声通信、水下蓝绿激光通信和水下电磁波通信，光波、电磁波在海水中的衰减都很大。
电磁波技术相对成熟，抗干扰能力强，通信速率高，但水下电磁波衰减严重。海水有导电性质，高于纯水的5至6个数量级，且电导率随盐度、深度、温度而不同。因而，可屏蔽电磁波，使之传播衰减较大。海水对蓝绿光的衰减较小很多；水下光通信的最大优势是数据传输率高，然而水对光信号的吸收很严重且水中的悬浮物使光严重散射。总而言之，水下光通信和水下电磁波通信在海水中的传播距离十分有限。而声波的衰减很小，即使20Hz的声波，其水中衰减也只有2—3dB/km，适用于中长距离的水下通信。
1.2 水声通信系统的国内外研究现状
1.3水声通信系统结构
图1.1 水声通信系统结构框图
1.3.1模拟通信系统
在模拟系统中传送的是模拟信号。
模拟信号与载波在发送端进行调制，在接受端通过低通滤波器还原。而数字信号系统，首先信号采样，再进行编码（0，1编码），然后进行调制，最后还原。
模拟通信系统:调制器将信源信号变换为适于信道传输的电信号形式, 以与信道相匹配。模拟通信主要缺点:抗干扰能力差；保密性不强；不易集成化，因为用于调制解调的许多电感器件和滤波器都是不能集成的。
图1.2 模拟通信系统方框图
1.3.2数字通信系统
数字通信系统：编码器将原始信号转换为数字序列（通常为二进制的脉冲序列），译码器与编码器相反。编码器一般包括信源编码器和信道编码器。信源编码器主要是减少信息的冗余度, 将数据进行压缩编码以提高传送的有效性。若信源输出模拟信号,首先AD转换编码, 如PCM编码或DM（增量）编码等;若信源送出数字信号, 应进行数据压缩编码。
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