用FPGA实现水下声波MFSK信号的同步接收和解码

用FPGA实现水下声波MFSK信号的同步接收和解码

一、用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码(论文文献综述)

王超[1](2021)在《时分双工水下蓝绿激光通信技术研究》文中认为水下通信技术在海洋资源探索中发挥着至关重要的作用,包括水下有线光纤通信、水下无线电通信、水声通信和水下无线光通信等通信方式。其中水下无线光通信具备通信速率高、传输距离远、关键器件功耗低、通信设备体积小、传输信息容量大等优点,而以蓝绿光作为无线光通信的载体,其在水下的穿透性远优于其他光波段,因此水下蓝绿光通信是一种最适合深海信息传播的通信方式。本文针对水下无线光信道双向数据传输的后向散射干扰问题,提出了时分双工水下蓝绿激光通信系统的设计方案。使用Verilog硬件描述语言完成该系统的重要模块设计、利用FPGA结合各类光通信器件进行系统功能联调测试、在实际的水下环境中展开蓝绿激光传输实验的研究,完成的主要工作内容如下:(1)提出了面向以太网业务的水下蓝绿激光通信的FPGA设计方案,实现了以太网业务的数字信号处理和实时传输,通过功能仿真和板级测试,验证了每个模块的功能性和整个通信系统的稳定性。(2)提出了基于时分双工的灵活时隙切换的设计方案,实现了该系统在水下信道中的抗后向散射干扰功能与上下行业务灵活时隙分配功能,通过水下环境的联调测试,验证了实时视频业务在水下蓝绿激光信道传输的可靠性。(3)提出了基于水下信道特征的灵活调制技术设计方案,实现了不同调制速率和调制格式应对于不同信道的灵活切换,并在室内游泳池环境中测试了不同调制方式在水下信道的传输性能,实现了最高速率12.5Mbps,传输距离40m的零误码传输。

雷武伟[2](2020)在《基于FPGA的高速数据采编控制器的设计与实现》文中研究说明高速数据的采集是飞行试验中的重要环节,本论文依托“某遥测系统采编控制器的研制”项目,设计了基于FPGA的高速数据采编控制器,设备用于在飞行试验中采集编码转发多种模拟量数据和数字量数据,并且有效地控制存储器进入相应的工作状态,这些试验数据对飞行器的设计、验证和校准具有实际意义,同时也是新型飞行器改进和研发的直接数据来源。本文首先介绍了采编控制器所属系统的系统组成以及其主要功能,并根据模块化设计原则设计了模拟量采集卡、数字量卡、主控卡和电源卡。其次从硬件电路设计入手,设备以FPGA为主控制器,信号调理电路、模拟开关和数模转化器及其外围电路完成模拟量数据的采集工作,通过RS-422接口完成两路PCM数据的接收以及指令信息和状态信息的收发,在LVDS数据收发电路中采用了信号调理技术,对LVDS信号进行均衡和预加重以达到设计要求。然后在逻辑设计部分介绍了基于ROM表的多路模拟量采集逻辑设计、数字量的收发逻辑设计、基于混合编帧技术和时分复用技术的多种数据采集打包方式设计以及通过一种基于8B/10B+CRC的反馈纠错机制来提高数据链路可靠性的设计。最后搭建测试平台对设备的功能和性能进行测试,测试结果表明,设备可以有效地进行数据采集编帧,并可以240Mbps的数据传输速率进行100米的无误码传输,设备工作稳定,满足任务要求,且该设备已成功应用于某飞行器中。

刘路[3](2020)在《潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现》文中研究指明海洋蕴藏着丰富的自然资源,深海观测数据连续和实时获取在海洋资源开发时起着重要作用。为了实时获取和传输在海洋石油开发时海底井口温度、压力等传感器数据,文中设计了潜标与水面钻井平台的单载波水声通信系统,并实现了该系统的嵌入式软件。系统使用具有指向性的收发合置换能器,用来抑制海底、海面以及其他钻井平台结构物声反射带来的多径干扰。由于潜标要长期布放在水下,系统设计了低功耗值班检测和水声通信两种工作模式。根据潜标数据传输水声通信机的应用场景设计系统总体方案和确定系统参数。论文通过对潜标和钻井平台附近水域进行实际噪声采集和分析环境噪声分布的情况,便于通信频带选择,通过比较不同通信特点选择单载波通信作为系统通信体制。通过对单载波时域均衡技术进行系统仿真实验,发现自适应均衡RLS算法的性能优于LMS,分数间隔判决反馈均衡器能对信道进行有效补偿,添加锁相环可以补偿随机相位。最终使用内嵌锁相环的分数间隔递归最小二乘判决反馈均衡器消除码间干扰。潜标水声通机由于需要长期布放在水下,所以需要添加值班检测模式,其检测原理是对先验信号进行信号频率估计。自适应Notch滤波器用于检测CW脉冲信号时,可以达到唤醒的目的。文中仿真分析了Notch滤波器对CW信号的响应特性,并在STM32上进行了算法嵌入式实现。随后完成了实时处理所必需的水声通信机底层数据传输相关驱动程序开发。论文在TMS320C6655型号DSP上实现了单载波水声通信算法,采用了内嵌锁相环的分数间隔递归最小二乘法判决反馈均衡器消除码间干扰。为了实现实时处理,运用了FFT计算线性卷积、叠接相加法等实时处理技术,并且采用了EDMA数据传输、DSP内存合理分配和使用标准库函数等方式优化DSP程序,极大减少了DSP运算时间,最终测试证明通信机满足实时处理要求。最后通过实验室电联调、水池试验和松花湖外场试验数据处理对潜标水声通信机功能和稳定性进行验证,试验结果表明潜标水声通信机软件能够正常工作,稳定性好,满足设计要求。

张颐婷[4](2020)在《网络化数字水听器的研究与设计》文中进行了进一步梳理分布式信号采集传输系统应用于环境监测、管道泄漏检测、海洋勘探、噪声测量和声线阵列等领域。为满足在复杂噪声干扰和传输环境下水声信号采集的要求,本文在网络化传感器的基础上,设计一种基于IEEE1451的网络化数字水听器,具有增益可调、动态范围大、自噪声小、功耗小、数据通信可靠等特点。具体工作包括:1.根据系统对采样率、分辨率和通信传输距离等指标要求制定了总体方案。控制器采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现数据传输的实时性和低功耗,采用全差分信号调理结构实现对微弱信号的放大以及抑制噪声干扰,采用以Mod Bus通信协议为标准的MLVDS通信接口完成分布式水听器节点与主机间的数据通信。2.设计了水声信号采集阵列中的采集同步方案,利用硬件逻辑命令回环的方法计算指令延迟时间,达到数字水听器命令执行时间同步的目的;利用主从式阵列时钟同步方法,使得主从节点时钟相位一致且各水听器节点时钟同步,实现水听器间的信号同步采集。3.设计了系统的硬件电路。包括:水声换能器高输出阻抗匹配及传感器信号调理模块,高分辨率模数转换电路,FPGA及外围配置电路,网络化传感器配置电路以及MLVDS数据传输电路。其中调理模块由高输入阻抗前置放大、程控增益电路和全差分多反馈滤波电路组成。4.采用主控FPGA对系统进行软件设计。包括:指令控制程控增益、高精度模数转换,数据传输和基于Mod Bus传输协议的帧格式设计以及网络化传感器电子数据TEDS的读取设计,形成了完整的网络传输体系。5.完成了系统联调和系统指标测试,测试结果基本符合技术指标。本文为网络化数字水听器系统的原理样机设计,进一步优化后将投入实用。

徐丽华[5](2017)在《基阵式水下成像信号编码优化研究与实现》文中进行了进一步梳理水下成像声呐技术被广泛用于海洋地貌勘探及内陆湖泊河流探索,该体制成像技术主要是基于基阵式的声学传感器工作的,但在实际应用中水下成像帧速率较低,实时性差,主要原因是传感器频率低、带宽窄而且基阵数量较多,所以采用发射阵列和接收阵列同时收发的成像方案。本文以系统的发射信号为研究目标,设计了两种正交性良好且利于通道分离的信号,克服了基阵阵元数量多、信号之间相关性差的问题,具有抗干扰性能强、带宽大的特点,而且实现简单,有利于水下成像分辨率的提高。最后通过硬件电路及上位机实现实际信号测试,成功对水下回波数据进行采集和接收。本文首先对脉冲压缩概念进行简单介绍,突出大时宽带宽积在信号性能中的重要作用,然后利用混沌天生良好的类随机性和对初值的敏感性,通过构造序列空间更广的复合混沌系统产生多组伪随机序列调制发射信号。仿真得出复合编码信号具有较好的自相关性和互相关性,并且可以从回波中有效的分离出信号进行成像,与传统信号优化方法相比,实现简单性能更好。本文还设计了一种基于m序列的跳频二相编码信号优化方法。跳频信号在通信领域具有抗干扰强、误码率低和抗多径效应的特点,符合水下声呐成像信号的设计要求,本文在水下成像频率允许范围内设计基于相关性能良好的m序列的跳频二相编码信号,此种复合信号的载频和相位能够在特定的范围内快速变换,兼具调频和调相的优点,又能弥补各自的不足,提高了信号在水下的正交性能和保密性。最后本文对水下成像系统基本构成进行介绍,详细阐述了系统各模块的功能与设计,并对该系统进行了实验验证。该系统主要由主控模块、功率放大模块、USB通信模块、收发电路模块构成,同时利用C++进行显控终端的设计,实现收发界面及与硬件的联通,通过回波数据的采集实现回波在界面的显示和通过USB进行数据与下位机的通信,成功实现了数据传输与保存等功能。

刘松[6](2017)在《双模水声通信仿真及其在OMAPL138平台上的实现》文中指出现今对海洋的探索和开发的需求日益迫切,使水声通信网络受到越来越多的关注。水声通信节点作为水下通信网最主要的组成部分,需要长时间布放在海底,维护成本比较高,所以需要合理设计通信算法,降低信号解算的复杂度,延长其工作时间。论文从降低通信算法复杂度的角度,开展了基于非相干解调的跳频和OFDM-MFSK技术的研究,并基于现有的OMAPL138硬件平台进行了双模水声通信方法的移植。首先,开展了点对点的跳频水声通信技术的理论研究与仿真,主要包括跳频图案选取问题,系统参数的相互制约,多普勒估计和补偿的问题等。水声跳频通信具有很好的稳健性,特别在近海信道中具有得天独厚的优势,并且基于能量解调的非相干解调方式复杂度低,易于实现。由于跳频通信系统传输速率低下,无法实现大数据量的传输,所以在此基础上,本文研究了同样基于能量解调的OFDM-MFSK水声通信技术,并研究了卷积码编码、Viterbi译码器基本原理并在此基础上开展了基带和通带的通信性能仿真。OFDM-MFSK通信不需要采用信道估计和均衡技术,复杂度低;这样既保证了整个系统的高速率需求,又保留了非相干解调方式低复杂度的优点。最后,本文在以TI公司OMAPL138芯片为核心的硬件平台上进行了双模通信算法的实现,主要工作内容包括波形发射及信号采集模块的相关外设驱动配置以及调制解调、编译码及实时解算算法的实现等,并且结合水池实验和外场湖试验证了双模通信节点的可实现性,其可以同时检测跳频和OFDM-MFSK两种模式的信号,能够支撑通信网运行ALOHA协议。

王志欣[7](2016)在《水声语音通信抗多普勒及信道估计技术的研究与实现》文中指出作为探索与开发海洋资源不可或缺的技术之一,水声通信已逐渐成为人们研究的热点。而语音通信作为一种最直接、有效的通信方式,在水声通信中占据着重要地位。水声信道可用带宽有限,且存在严重的噪声、多途时延和多普勒频移等特点,对水声语音通信的研究与实现带来了很大困难。正交频分复用(OFDM)技术以其频带利用率高和抗多途能力强的特点,被广泛的应用于水声通信领域,但OFDM技术对载波频偏十分敏感,而多普勒频移破坏了 OFDM子载波间的正交性,严重影响了其性能和通信质量,因此,研究和实现一种能够消除多普勒频移影响的OFDM水声语音通信至关重要。本论文主要研究了在多普勒频移存在的情况下,进行高质量水声语音通信所采用的关键技术,并对其进行了硬件实现。论文主要完成了以下工作:1.对水声语音通信中的关键技术进行了研究。首先,研究了 0.6kbps混合激励线性预测(MELP)语音编码技术,并对其进行了算法仿真,验证了该算法的合成语音具有较高的清晰度和可懂度。然后,对OFDM技术进行了研究,并对信道编码中的卷积编码进行了算法仿真,对比研究了不同码率下卷积编码的性能。2.对OFDM的多普勒估计与补偿技术进行了研究。首先,分析了多普勒频移对OFDM系统的影响,并对多普勒估计与补偿的原理进行了说明。然后,通过比较不同多普勒估计方法的优缺点,提出了一种基于拷贝相关与空子载波结合的多普勒估计算法,并对多普勒补偿方法进行了研究。最后,通过对上述算法进行仿真及水池试验,验证了基于拷贝相关与空子载波结合的多普勒估计算法的优越性。3.对OFDM的信道估计与均衡技术进行了研究。首先,分析了 OFDM的系统模型,并对传统的LS信道估计算法进行了研究。然后,利用水声信道的稀疏特性,对压缩感知中的正交匹配追踪(OMP)算法用于信道估计进行了研究,并对该算法进行了改进,研究了一种基于噪声方差的OMP信道估计算法。最后,通过仿真对比验证了上述信道估计算法的优缺点。4.在DM642处理板上实现双工、实时、高质量的水声语音通信系统。通过电联调试验及水池试验对该系统的性能进行了验证,结果证明该系统能够进行高质量的语音通信,其恢复的语音具有较高的清晰度与可懂度。

王开兴[8](2015)在《基于Chirp扩频的移动平台水声通信技术研究》文中认为水声通信技术是水下信息交互的主要手段,水声信道尤其是浅海水声信道是目前最为困难的无线信道之一,水声信道是时变、空变的。近年来,移动平台如自主水下航行器(AUV)的迅速发展对水声通信提出了新的需求,在移动情况下,多径干扰和多普勒效应是水声通信的主要障碍之一。因此为了实现移动平台可靠、低功耗的水声通信,必须克服多径干扰和多普勒效应,而Chirp扩频技术的特点正好符合移动水声通信的要求。本文首先分析了浅海移动水声信道的特点,并针对移动平台着重分析了多普勒效应的影响,并给出了浅海移动水声信道模型,为后续通信系统的仿真奠定了基础。然后对移动水声通信中的多普勒估计和帧同步技术进行了分析研究,对正反扫频的双曲调频(HFM)信号方法进行了着重推导分析,并与其他基于线性调频(LFM)信号和HFM信号的方法进行了性能对比分析,结果表明正反扫频HFM方法性能最好。接着对Chirp扩频技术不同方式进行了研究,主要分析了三种调制方式,一种是二进制正交键控方式,另外两种是直接调制方式,分别为Chirp-PSK调制和Pattern时延编码(PDS)调制,并着重对直接调制方式在抗多径和多普勒的性能进行分析,并在此基础上给出了新的接收机解调方案,通过仿真表明本文提出的利用相邻码元进行时间反转卷积得到编码时延差值的PDS系统的性能最好。最后,对Chirp扩频系统进行了实验验证。基于AUV移动平台设计了一套移动水声通信实验数据采集系统,在莫干湖进行了移动平台水声通信实验,结果表明在发送节点与接收节点存在相对运动时,本文中给出的PDS系统性能表现良好,进一步验证了仿真的结论。

陈乃锋[9](2010)在《MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现》文中指出近年来,由于军事和海洋开发的需要,人们越来越重视水下通信系统的研究与开发。声波作为唯一可以在水中进行远距离传输的能量形式,是水中信息传输的有效载体,因此水声通信技术便成为水下通信研究的热点。在水声通信中,由于水声信道具有有限的信道带宽、随机时变-空变-频变和信道多途干扰的特性,这些因素都制约着水声通信技术发展。同时水声通信技术的研究与发展,又是在探索和研究合理、高效的通信方式来克服水声信道对通信可靠性的影响。本文的任务是设计和实现一套MFSK水声通信信号处理子系统,主要包括信号处理子系统的方案设计和系统软硬件工作平台的设计和实现。系统可以分为发送端和接收端,发送端实现信源数据接收和调制功能,接收端则实现信号接收和解调功能。系统发送端的硬件工作平台是基于TI公司的DSP处理器来设计和实现的,通信方案采用了MFSK调制/解调方式,信道编码使用了稳健的RS纠错编码方法。系统接收端解调程序是在VC6.0开发环境下实现的,利用FFT鉴频法实现信号的接收解调。系统在实验室水池和天津港海域进行了实验,验证了系统的可靠性,但也发现了一些缺点和不足。本文在最后探讨了OFDM技术在数字水声通信系统中应用,论述和总结了系统的基本原理和系统方案。

陈怡[10](2008)在《剖面声纳多通道数据采集系统的设计与实现》文中研究表明近年来,随着海洋开发和水下探测需求的日益增加,高分辨率剖面声纳的研究越来越受到重视。多通道数据采集系统是剖面声纳的重要组成部分,用于对海底回波信号进行实时采集,并将采集到的数据传送给数据处理单元进行数据处理。本文研究了剖面声纳的工作原理、系统构成及技术指标,掌握了剖面声纳数据采集系统设计理论,在其基础上研制了一套剖面声纳多通道数据采集系统。本文对水声信号接收系统的结构进行了分析和研究,学习了水声接收机设计理论。论证了剖面声纳信号接收与调理方案。设计了多通道水声信号调理系统。实现了对信号的放大、滤波及差分转换等功能,为信号的数字量化采集打下了基础。并且对多通道数据采集技术进行了理论研究,研制了多通道数据采集板硬件电路,这其中包括模数转换电路、数据缓冲电路、主控FPGA电路、DSP数据校验电路及数据传输电路。本文完成了数据采集系统和并行数据处理系统两片FPGA的内部逻辑设计。对数据采集板上FPGA编程,通过对模数转换器和D触发器的逻辑控制实现了对信号同步采集、分时顺序上传的功能。实现了数据的打包和符号位扩展。完成了基于CY7B923/933芯片的数据传输控制逻辑。通过对数据处理系统帧结构的研究,基于对数据处理板上FPGA的编程,完成接收数据的重新排列与分时传输。通过对数据采集系统的FPGA和DSP编程,实现了对AD采集数据的校验功能。在多通道数据采集系统的软、硬件研制完成后,与后端数据处理板进行了实验室电联调,经测试,各项功能指标符合剖面声纳的设计要求。系统运行稳定可靠,在多次考机实验中未出现故障。

二、用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码(论文提纲范文)

(1)时分双工水下蓝绿激光通信技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 水下蓝绿激光研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文的主要研究工作
    1.4 本章总结
第二章 时分双工蓝绿激光通信技术原理
    2.1 水下蓝绿激光通信系统模型
    2.2 水下蓝绿激光通信系统器件选型
        2.2.1 FPGA芯片选型
        2.2.2 发射端光源选型
        2.2.3 光电探测器选型
    2.3 水下蓝绿激光通信编码调制技术
        2.3.1 信道编码技术
        2.3.2 信号调制技术
    2.4 后向散射干扰和时分双工通信
        2.4.1 水下后向散射分析
        2.4.2 时分双工通信模式
    2.5 本章总结
第三章 时分双工水下蓝绿激光通信系统的FPGA实现
    3.1 基于FPGA的水下蓝绿激光通信系统方案设计
    3.2 面向以太网业务实时传输的FPGA设计与实现
        3.2.1 以太网接口和校验模块
        3.2.2 高速缓存模块
        3.2.3 信道编码译码模块
    3.3 时分双工通信模式的FPGA设计与实现
        3.3.1 TDD帧结构的设计
        3.3.2 基于TDD的灵活时隙分配通信协议设计
    3.4 时分双工水下蓝绿激光通信系统功能联调测试
    3.5 本章总结
第四章 水下蓝绿激光灵活调制技术的实现与研究
    4.1 水下蓝绿激光通信系统的PPM调制解调设计
        4.1.1 PPM调制模块设计
        4.1.2 PPM信号的同步设计
        4.1.3 PPM解调模块设计
    4.2 水下蓝绿激光灵活调制技术的FPGA设计与实现
        4.2.1 灵活调制技术方案设计
        4.2.2 灵活调制技术逻辑仿真与协议设计
    4.3 面向水下蓝绿激光信道特征的实验测试与研究
        4.3.1 实验系统介绍
        4.3.2 实验结果分析
    4.4 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 展望
参考文献
致谢

(2)基于FPGA的高速数据采编控制器的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
1.绪论
    1.1 课题研究背景及目的和意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
    1.3 本文的研究内容及安排
2.总体方案设计
    2.1 系统组成及主要功能
    2.2 方案设计
        2.2.1 模拟量采集卡
        2.2.2 数字量卡
        2.2.3 主控卡
        2.2.4 电源卡
        2.2.5 采编控制器的工作流程
    2.3 本章小结
3.硬件电路设计与分析
    3.1 模拟量采集电路设计
        3.1.1 模拟信号调理电路设计
        3.1.2 模拟开关选型
        3.1.3 模数转换器及其驱动电路设计
    3.2 数字量电路设计
        3.2.1 指令接收及状态发送
        3.2.2 PCM数据接口电路设计
        3.2.3 LVDS数据接口电路设计
    3.3 电源模块设计
        3.3.1 开关电源模块设计
        3.3.2 LDO电源模块设计
    3.4 本章小结
4.FPGA内部逻辑设计及关键技术研究
    4.1 模拟量采集控制逻辑设计
    4.2 数字量收发逻辑设计
        4.2.1 消抖滤波设计
        4.2.2 指令及状态的逻辑设计
        4.2.3 PCM数据接收的逻辑设计
    4.3 多种数据混合编帧设计
        4.3.1 多种数据混合编帧总体方案设计
        4.3.2 数据缓存方式的选用
        4.3.3 数据包格式的确定
        4.3.4 混合编帧模块处理流程
        4.3.5 FIFO大小的设置
    4.4 LVDS数据传输的高可靠性优化设计
        4.4.1 产生误码的类型与解决误码的方式
        4.4.2 8B/10B编码的应用
        4.4.3 CRC冗余校验码的应用
        4.4.4 反馈纠错法的实现及应用
    4.5 本章小结
5.设备性能测试与验证
    5.1 测试平台的组成与搭建
    5.2 模拟量采集精度的测试
    5.3 数据混合编帧与长线传输的可靠性验证
    5.4 本章小结
6.总结与展望
    6.1 设计研究总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(3)潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 深海潜标数据传输研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文主要研究内容
第2章 潜标数据传输水声通信系统方案设计
    2.1 需求分析
    2.2 噪声采集与分析
        2.2.1 井口与钻井平台附近水域噪声采集
        2.2.2 噪声分析
    2.3 潜标水声通信系统参数设计
        2.3.1 系统通信频带选择
        2.3.2 系统通信体制选择
    2.4 单载波自适应信道均衡技术
        2.4.1 自适应均衡器结构
        2.4.2 自适应均衡算法
        2.4.3 内嵌锁相环的判决反馈均衡器
    2.5 单载波水声通信系统仿真研究
        2.5.1 单载波水声通信模型
        2.5.2 系统仿真结果分析
    2.6 本章小节
第3章 潜标数据传输水声通信软件平台搭建
    3.1 潜标水声通信机硬件平台简介
    3.2 值班检测算法软件设计与实现
        3.2.1 自适应Notch滤波器仿真研究
        3.2.2 值班检测算法STM32实现
    3.3 数据采集驱动程序实现
        3.3.1 DSP数据采集流程
        3.3.2 FPGA实现乒乓缓存
        3.3.3 ADC驱动程序实现
        3.3.4 FPGA与 TMS320C6655 数据通信
    3.4 本章小节
第4章 潜标数据传输单载波通信DSP实现
    4.1 实时处理关键技术原理
        4.1.1 FFT计算线性卷积
        4.1.2 长序列卷积计算
    4.2 潜标接收机DSP实现
        4.2.1 接收机DSP处理流程
        4.2.2 LFM同步检测DSP实现
        4.2.3 接收机匹配滤波DSP实现
        4.2.4 信道均衡DSP实现
    4.3 DSP程序优化
        4.3.1 EDMA数据传输
        4.3.2 DSP内存分配
        4.3.3 DSP标准库函数的运用
        4.3.4 DSP实时处理验证
    4.4 本章小节
第5章 潜标数据传输水声通信系统试验验证
    5.1 实验室电联调
        5.1.1 值班检测算法电联调
        5.1.2 潜标通信接收机联调
    5.2 水池试验
    5.3 松花湖试验
    5.4 本章小节
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(4)网络化数字水听器的研究与设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
缩略词
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 国内外的研究现状和发展趋势
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 网络化数字水听器的发展趋势
    1.3 本文主要研究工作及章节安排
第二章 网络化数字水听器的研究目标和总体设计
    2.1 系统的技术指标
    2.2 系统总体设计方案
    2.3 基于IEEE 1451的网络化传感器
        2.3.1 IEEE1451.2标准
        2.3.2 IEEE1451.3标准
        2.3.3 传感器TEDS数据规范
        2.3.4 IEEE1451.x标准
    2.4 系统关键技术研究
        2.4.1 信号单端和差分比较
        2.4.2 差分放大电路噪声分析
        2.4.3 数据传输网络拓扑结构
        2.4.4 同步设计
        2.4.5 低功耗设计
    2.5 系统关键器件选型
        2.5.1 前置放大器选型
        2.5.2 模数转换器的介绍和选型
        2.5.3 控制器选型
    2.6 本章小结
第三章 网络化数字水听器的硬件设计
    3.1 信号调理电路设计
        3.1.1 前置放大电路设计
        3.1.2 程控增益放大电路
        3.1.3 低通滤波器电路设计
    3.2 高精度模数转换模块电路设计
    3.3 FPGA及外围配置电路设计
    3.4 网络化传感器的配置电路
    3.5 数据传输电路设计
    3.6 电源系统设计
    3.7 本章小结
第四章 网络化数字水听器的软件设计
    4.1 程控增益控制模块
    4.2 ADC控制模块
    4.3 数据传输控制模块
    4.4 通信软件模块
    4.5 读TEDS软件设计
    4.6 本章总结
第五章 系统联调及测试
    5.1 测量环境
    5.2 增益测试
    5.3 带宽测试
    5.4 噪声测试
    5.5 功耗测试
    5.6 ADC测试
    5.7 数据通信测试
    5.8 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

(5)基阵式水下成像信号编码优化研究与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 发射信号优化的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文主要内容和结构安排
        1.3.1 论文的主要解决问题
        1.3.2 论文的内容安排
第二章 基阵式水下成像声呐基础
    2.1 水下声呐探测
    2.2 基阵式水下成像声呐
        2.2.1 基阵式侧扫声呐
        2.2.2 基阵式前扫声呐
        2.2.3 基阵式合成孔径声呐
    2.3 基于稀疏基阵的水下止视成像系统
        2.3.1 基于稀疏阵列的水下止视成像
        2.3.2 水下成像系统的构成
    2.4 本章小结
第三章 基于混沌编码的水下成像发射信号设计
    3.1 脉冲压缩理论基础
    3.2 相关混沌理论
    3.3 混沌调制的可行性分析
    3.4 混沌相位编码信号优化设计
        3.4.1 混沌编码信号设计
        3.4.2 正交性的混沌优化
        3.4.3 仿真实验与分析
        3.4.3.1 混沌伪随机编码发射信号仿真
        3.3.4.2 回波信号通道分离
        3.3.4.3 影响因素分析
    3.5 本章小节
第四章 基于m序列的跳频二相编码信号优化设计
    4.1 跳频理论基础
    4.2 基于跳频编码和二相编码的水下成像复合信号模型设计
        4.2.1 跳频编码信号模型
        4.2.2 二相编码信号模型
        4.2.3 复合调制波形设计
    4.3 信号仿真实验
        4.3.1 复合信号仿真及正交性能分析
        4.3.2 不同参数设置对信号性能影响分析
        4.3.3 模糊函数特性分析
        4.3.4 抗噪声干扰性能分析
        4.3.5 回波信号波束性能对比
    4.4 本章小结
第五章 基阵式水下成像收发系统设计
    5.1 水下成像前端系统整体设计
    5.2 系统各模块电路设计
        5.2.1 FPGA主控模块设计
        5.2.2 发射电路模块设计
        5.2.3 接收电路模块设计
    5.3 水下成像显控平台设计
        5.3.1 用户需求分析
        5.3.2 显控软件开发环境基础与功能介绍
    5.4 上位机与USB连接编程设计
    5.5 上位机收发控制的编程实现
        5.5.1 收发控制编程
        5.5.2 数据保存及波形显示控制编程
    5.6 系统实验验证
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表论文
攻读硕士学位期间参与项目情况

(6)双模水声通信仿真及其在OMAPL138平台上的实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 论文背景及研究意义
    1.2 水声通信发展现状
    1.3 水声MODEM的国内外现状
    1.4 论文主要研究内容
第2章 水声跳频通信理论
    2.1 水声跳频通信系统
        2.1.1 水声跳频通信原理
        2.1.2 跳频通信系统的参数设定
        2.1.3 跳频图案的生成方法
    2.2 跳频水声通信系统的同步
        2.2.1 跳频信号同步
        2.2.2 短时傅里叶变换(STFT)
        2.2.3 Goertzel算法
    2.3 恒虚警概率检测(CFAR)
        2.3.1 CFAR检测理论
        2.3.2 CFAR检测仿真分析
    2.4 跳频通信系统的多普勒估计与补偿
        2.4.1 多普勒对跳频信号解调的影响
        2.4.2 脉冲对多普勒估计技术
        2.4.3 多普勒频移补偿
        2.4.4 多普勒估计与补偿水池实验
    2.5 本章小结
第3章 非相干检测OFDM-MFSK通信理论
    3.1 OFDM通信技术
    3.2 OFDM- MFSK通信系统
    3.3 卷积码编码
        3.3.1 卷积码的基本概念
        3.3.2 卷积码的描述
        3.3.3 卷积码的距离特性
    3.4 VITERBI译码算法
    3.5 OFDM-MFSK系统仿真
        3.5.1 基带无编码OFDM-MFSK系统仿真
        3.5.2 基带卷积码OFDM-MFSK系统仿真
        3.5.3 OFDM-MFSK信号软解调方法
    3.6 OFDM-MFSK系统水池实验
        3.6.1 系统实验概述
        3.6.2 实验数据处理及分析
    3.7 本章小结
第4章 双模水声通信算法在OMAPL138的实现
    4.1 硬件平台介绍
        4.1.1 OMAPL138芯片
        4.1.2 GPIO
        4.1.3 Mc BSP
        4.1.4 EDMA3
    4.2 总体方案概述
        4.2.1 数据发射
        4.2.2 数据采集
        4.2.3 与ARM交互
        4.2.4 双模通信工作逻辑设计
    4.3 算法的平台实现
        4.3.1 FH-MFSK和OFDM-MFSK调制
        4.3.2 信号检测及帧同步
    4.4 相关模块软件驱动设计
        4.4.1 PWM发射驱动设计
        4.4.2 A/D采集驱动设计
        4.4.3 EDMA3与PING-PONG缓存
        4.4.3.1 EDMA3传输控制
        4.4.3.2 PING-PONG缓存
    4.5 外场试验
        4.5.1 松花湖跳频水声通信试验
        4.5.1.1 试验概况说明
        4.5.1.2 松花湖试验数据处理
        4.5.2 水池试验
        4.5.2.1 实验情况概述
        4.5.2.2 实验数据处理
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(7)水声语音通信抗多普勒及信道估计技术的研究与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 论文研究的背景及意义
    1.2 水声信道的特点
        1.2.1 多途效应
        1.2.2 多普勒效应
    1.3 水声语音通信技术的发展和研究现状
    1.4 论文主要研究内容
第2章 水声语音通信中的关键技术及原理
    2.1 0.6kbps MELP语音编码技术
        2.1.1 MELP算法简介
        2.1.2 0.6kbps MELP编码原理
        2.1.3 0.6kbps MELP译码原理
        2.1.4 0.6kbps MELP算法仿真
    2.2 OFDM技术
        2.2.1 OFDM调制解调原理
        2.2.2 OFDM关键技术
    2.3 水声语音通信原理框图
    2.4 本章小结
第3章 水声OFDM多普勒估计与补偿
    3.1 多普勒频移对OFDM系统的影响
    3.2 多普勒估计与补偿原理
    3.3 水声OFDM多普勒估计算法
        3.3.1 基于拷贝相关的多普勒估计
        3.3.2 基于空子载波的多普勒估计
        3.3.3 基于拷贝相关与空子载波结合的多普勒估计
    3.4 水声OFDM多普勒补偿算法
    3.5 算法仿真
    3.6 水池试验
    3.7 本章小结
第4章 水声OFDM信道估计与均衡
    4.1 OFDM系统模型
    4.2 水声OFDM信道估计与均衡算法
        4.2.1 基于LS的信道估计与均衡
        4.2.2 基于压缩感知的信道估计与均衡
    4.3 算法仿真
        4.3.1 导频样式和导频个数对OMP信道估计算法性能的影响
        4.3.2 基于噪声方差的OMP信道估计与传统OMP信道估计性能比较
        4.3.3 基于噪声方差的OMP信道估计与LS信道估计性能比较
    4.4 本章小结
第5章 水声语音通信系统的实现及性能验证
    5.1 硬件平台概述
    5.2 水声语音通信系统的设计原理及流程
        5.2.1 语音信号的编码发送流程
        5.2.2 语音信号的接收解码流程
    5.3 电联调试验
    5.4 水池试验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(8)基于Chirp扩频的移动平台水声通信技术研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容
2 浅海水声信道
    2.1 浅海水声信道特点
        2.1.1 声传播衰减
        2.1.2 海洋环境噪声
        2.1.3 通信带宽
        2.1.4 多径传输
        2.1.5 多普勒效应
    2.2 水声信道建模
        2.2.1 简正波模型
        2.2.2 浅海移动多径水声信道模型
    2.3 本章小结
3 多普勒估计和帧同步技术
    3.1 Chirp信号特性分析
        3.1.1 LFM信号特性
        3.1.2 HFM信号特性
        3.1.3 LFM和HFM信号特性对比
    3.2 多普勒估计和帧同步方法
        3.2.1 块估计法
        3.2.2 正反扫频LFM信号多普勒估计和同步方法
        3.2.3 HFM与单频脉冲信号联合多普勒估计和同步方法
        3.2.4 反扫频HFM信号多普勒估计和同步方法
        3.2.5 多普勒估计和帧同步性能仿真
    3.3 本章总结
4 Chirp扩频通信系统
    4.1 CSS-BOK方式
        4.1.1 BOK调制方式
    4.2 CSS-DM方式
        4.2.1 Chirp-PSK调制与解调
        4.2.2 PDS调制与解调
    4.3 CSS通信系统仿真分析
        4.3.1 CSS通信系统参数设计
        4.3.2 仿真性能对比
    4.4 本章总结
5 Chirp扩频移动水声通信实验
    5.1 移动水声通信实验数据采集系统
        5.1.1 主控模块设计
        5.1.2 FPGA协处理板设计
        5.1.3 系统电源模块
    5.2 移动水声通信系统实验研究
        5.2.1 实验环境及过程
        5.2.2 湖上实验方案及性能分析
    5.3 本章总结
6 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的研究成果

(9)MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 论文研究的背景和意义
    1.2 水声通信系统的发展现状
    1.3 水声信道的特点
    1.4 论文的主要研究内容
第2章 水声通信系统的技术分析和方案设计
    2.1 水声通信中的调制方式
        2.1.1 MFSK 调制方式
        2.1.2 QDPSK 调制方式
    2.2 水声通信中的同步技术
    2.3 水声通信中的信道编码技术
        2.3.1 纠错编码技术
        2.3.2 交织技术
    2.4 水声通信信号处理子系统的方案设计
        2.4.1 系统方案概述
        2.4.2 系统发送信号的设计
        2.4.3 MFSK 调制/解调的设计
    2.5 本章小结
第3章 信号处理子系统发送端的设计与实现
    3.1 TMS320VC5509A 的功能
        3.1.1 TMS320VC5509A 概述
        3.1.2 TMS320VC5509A 片内外设
    3.2 系统发送端的硬件实现
        3.2.1 发送端的硬件设计方案
        3.2.2 发送端的硬件电路
    3.3 系统发送端的软件实现
        3.3.1 发送端的帧结构
        3.3.2 发送端的工作流程
    3.4 DSP 系统的自启动实现
    3.5 本章小结
第4章 信号处理子系统接收端的实现和系统实验
    4.1 系统接收端的方案概述
    4.2 系统接收端的算法设计与实现
        4.2.1 接收端的帧同步判断
        4.2.2 接收端的解调算法实现
    4.3 信号处理子系统的实验与分析
        4.3.1 系统实验室联调
        4.3.2 系统海上实验分析
    4.4 本章小结
第5章 OFDM 技术在水声通信系统中的应用
    5.1 OFDM 通信技术
        5.1.1 OFDM 基本原理
        5.1.2 循环前缀
    5.2 OFDM 通信系统的方案设计
        5.2.1 OFDM 通信系统方案
        5.2.2 OFDM 通信系统仿真
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢

(10)剖面声纳多通道数据采集系统的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 剖面声纳概述
    1.2 剖面声纳多通道数据采集系统的课题背景与意义
    1.3 论文主要内容
第2章 剖面声纳数据采集处理系统功能及结构
    2.1 剖面声纳工作原理及结构
        2.1.1 剖面声纳工作原理
        2.1.2 剖面声纳系统结构
        2.1.3 剖面声纳系统接收部分功能指标
    2.2 剖面声纳数据采集系统总体结构及技术指标
        2.2.1 总体功能和结构
        2.2.2 系统技术指标
    2.3 剖面声纳数据处理系统结构功能
    2.4 本章小结
第3章 多通道数据采集系统硬件电路设计
    3.1 信号调理部分电路设计
        3.1.1 集成运放的选择
        3.1.2 二级放大电路
        3.1.3 单端转差分电路
        3.1.4 二阶低通滤波电路
        3.1.5 电平偏置电路
        3.1.6 模拟电路技术指标
    3.2 数据采集板单元电路和外围电路设计
        3.2.1 模数转换电路
        3.2.2 数据缓冲电路设计
        3.2.3 数据上传电路
        3.2.4 电源电路设计
        3.2.5 时钟电路设计
    3.3 数据采集主控芯片选择及电路设计
        3.3.1 FPGA概述
        3.3.2 FPGA的分类和使用
        3.3.3 ACEX1K系列FPGA的特点及主控FPGA芯片的选择
        3.3.4 ACEX1K系列FPGA配置方法
    3.4 数据校验电路设计
        3.4.1 DSP概述
        3.4.2 TMS320VC33概述
        3.4.3 FLASH芯片概述及其与DSP接口电路设计
        3.4.4 DSP与FPGA接口电路设计
        3.4.5 DSP电源以及复位电路设计
    3.5 电路设计中的几个关键问题
        3.5.1 电磁兼容设计中的去耦电容
        3.5.2 混合信号PCB板的分区设计
    3.6 本章小结
第4章 数据采集传输系统软件设计
    4.1 FPGA数据传输逻辑功能设计
        4.1.1 FPGA对ADC和D触发器的逻辑控制
        4.1.2 数据符号扩展和打包
        4.1.3 数据传输电路的FPGA实现
        4.1.4 FIFO模块设计
        4.1.5 数据的重列与打包
    4.2 数据校验软件实现
        4.2.1 FPGA数据缓冲功能实现
        4.2.2 DSP软件实现
    4.3 数据采集板与处理板的联调
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录

四、用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码(论文参考文献)

  • [1]时分双工水下蓝绿激光通信技术研究[D]. 王超. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [2]基于FPGA的高速数据采编控制器的设计与实现[D]. 雷武伟. 中北大学, 2020(09)
  • [3]潜标数据传输水声通信系统软件设计与实现[D]. 刘路. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [4]网络化数字水听器的研究与设计[D]. 张颐婷. 南京航空航天大学, 2020(07)
  • [5]基阵式水下成像信号编码优化研究与实现[D]. 徐丽华. 南京信息工程大学, 2017(03)
  • [6]双模水声通信仿真及其在OMAPL138平台上的实现[D]. 刘松. 哈尔滨工程大学, 2017(06)
  • [7]水声语音通信抗多普勒及信道估计技术的研究与实现[D]. 王志欣. 哈尔滨工程大学, 2016(03)
  • [8]基于Chirp扩频的移动平台水声通信技术研究[D]. 王开兴. 浙江大学, 2015(06)
  • [9]MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D]. 陈乃锋. 哈尔滨工程大学, 2010(06)
  • [10]剖面声纳多通道数据采集系统的设计与实现[D]. 陈怡. 哈尔滨工程大学, 2008(06)

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用FPGA实现水下声波MFSK信号的同步接收和解码
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