水声通信半物理仿真平台的设计与实现

论文摘要

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。

论文目录

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