海洋用感应耦合锚系链海水信道传输特性分析方法的研究

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伴随着人类对海洋的认识和探究,针对深海环境多要素大量监测数据高速实时长距离传输功能的需求,提高感应稱合数据传输技术具有重要的研究意义。感应耦合锚系链利用电磁感应原理,可以实现从水上控制设备到水下传感器的双向数据传输。然而,由于海洋环境对电信号的衰减,很难实现长距离高效传输。本文从提高感应耦合数据传输技术的传输效率和传输速率的角度入手,致力于分析制约感应耦合信道提高数据传输效率和传输速率的关键因素。为了准确分析感应耦合锚系链的传输特性,利用COMSOL多物理仿真软件建立了三级分布式传输信道模型。分析了信道在磁环参数、工作频率、水下挂载传感器的个数以及传输距离不同的状态下的传输效率。分析结果表明,在整体信道模型下,感应耦合信道的传输效率最高可达到2.9%;水下挂载传感器的节点数增加会使信道传输效率下降到2.6%;磁环的参数变化会使信道传输效率下降到1%。同时,本文估算了海水的阻抗系数,大约为39Ω。本文总结了磁环参数、水下节点数的增加对感应耦合信道传输效率的影响,重点提出了海水对信道信号传输效率的衰减和制约。本文从两个方面分析了海水信道对电信号传输的衰减特性,分别包括多径效应的影响和海水对电信号的频率选择性。海水作为感应耦合信道中的重要传输介质,电信号在无限大的海水空间中传输具有多径效应,提高信号传输频率会增强多径时延扩展效应,接收信号的码间串扰和选择性衰落效应增强,降低了传输信号的信噪比,但这一问题的研究仍是空白。同时,这也是目前众多研究者关注的热点。本文采用有限元仿真和数值计算的方法确定路径数量、时间延时量和幅值衰减量等关键参数,建立多径信道模型,采用时频分析法研究这些关键参数与传输速率间的关系。同时,本文在实验室平台搭建了感应耦合海水信道模型的测试系统,测量并分析了感应耦合信道模型的幅频衰减特性和相频偏移特性,然后建立了感应耦合信道的实测数学模型。对两种不同方式建立的数学模型进行了对比分析和验证。在单载波调制方式下,分析感应耦合信道传输性能。本研究结果为感应耦合数传系统传输性能的提高提供了优化解决方案,为解决锚系耦合信道传输技术的共性问题提供理论和实验依据。
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