基于紫外激光器的无线光通信系统

为了提高紫外光通信系统的通信距离,提出了基于紫外激光器的通信系统;利用光电倍增管作为光电探测器,采用循环冗余校验（CRC）进行编码,并对传统FSK调制方式进行了改进;搭建了紫外激光通信系统实验平台,对实验结果进行分析,讨论了通信距离对误码率的影响;最终在白天通信距离150 m和夜晚220 m的范围内,实现了传输速率为0.6 kb/s,误码率低于10-5的紫外激光通信系统.     

水下激光探测系统实现关键技术

激光探测技术可以弥补声呐探测的局限性,在辨析激光探测理论的基础上,利用蒙特卡洛模拟方法对海水中激光传输特性进行仿真分析,根据传输特性仿真结果以及系统需求的探测距离选择激光器,接收系统选择光阴极触发的增强型电荷耦合(intensified charge-coupled device,ICCD)相机,控制系统选择距离选通法进行控制,采用ZEMAX激光扩束器对激光进行简单的扩束仿真,确定了激光水下探测系统的设计方案并进行了硬件设计与实现.最后通过水下激光传输实验对信道特性进行研究.根据实验数据分析可以看出:不同的水质下,接收视场角越大,接收孔径越大,则接收能量越大;对于清澈水域,激光传输的情况又受到不同粒子的干扰,传播情况与光波长、粒子尺寸、形状、浓度均密切相关.     

数字通信中2FSK调制解调器的设计实现

针对数字通信中数字基带信号的调制解调问题,基于Quartus13.1使用硬件描述语言Verilog设计并实现了2FSK调制解调系统;利用分频器得到不同的载波频率,使用伪随机序列产生基带信号,用键控频移法进行信号的调制,过零检测法实现信号的解调得到基带信号;对系统模块化分层设计并且通过了RTL级仿真验证,将各模块顶层例化连接进行系统验证,信号的调制解调正常且无误码产生,并将此2FSK调制解调器应用到实际的数字通信系统中,构建了紫外激光通信系统,经多次测试,系统在光束入射角度为π/4,距离50 m处实现了误码率为10~(-4)、通信速率为600 bps的极低速率通信。     

机载双频激光雷达样机设计与水陆联测试验

为了识别水下目标和获取水陆一体的三维地形数据,运用机载双频激光探测的原理,建立了水陆联测数学模型,设计了机载双频激光雷达样机,进行了水陆联测试验。运用蓝绿激光扫描技术以实现水下地形的实时测绘,运用红外激光扫描技术以实现陆地目标的快速精细探测,采用机载双频激光雷达技术把蓝绿激光扫描技术与红外激光扫描技术进行结合,先后产生两个激光脉冲回波,结合飞行平台的一维运动,共同构建地表和海底表面的三维坐标点云,获取地表和海底的三维地形,实现水下目标的识别和水陆一体化量测。试验结果显示,每平方米地面点云数量达到12个,水下勘测点云数量达到2~4个,水下测深达到5~7米,既提高了陆地目标的探测精度又实现了水下目标的探测,验证了水陆联测系统的可行性。     

以ROV为载体的海洋平台FMD检测技术

在海洋平台水下检测中,通常水深大于50m的作业由于空气潜水无法到达而由ROV来承担;FMD探测是利用超声波原理对平台导管架杆件进行进水探测的先进水下检测技术。本文以海油工程承担的崖城13-1平台水下检测项目为例,对ROV及FMD探测技术进行分析介绍。     

水下声学调制解调器动态可重构数字系统设计与实现

提出一种动态可重构的水下声学调制解调器数字系统, 此系统将调制、解调模块定义为可重构模块, 根据水下声学信道的检测结果, 动态调整其调制解调方式和数据率, 以提供低误码率、低能耗的通信。在Xilinx XUPV5 FPGA开发板上完成数字系统的实现与软硬件协同验证, 结果表明功能正确, 数字系统可以动态配置为2FSK和2PSK模式。与传统FPGA实现方法相比, 动态可重构的设计方法提高了算法设计的灵活性, 节约了数字系统硬件实现的资源。     

融合ADC和FPGA的通信系统自适应调制与解调技术研究

为提升通信系统信号调制解调的效果,研究结合模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)设计自适应调制解调方案。ADC负责将模拟信号转换为数字信号,FPGA承担信号处理的任务,它可以根据实际信道条件和传输要求,动态选择最适合的调制方式和解调方式。实验数据显示,传入FPGA内部的信号通过脉冲宽度调制(PWM)和ADC解调后,其误码率最低为19.183%。相比于传统FPGA解调的方法,ADC解调后的信号具有较低的误码率,能够提升通信组网技术的应用效果。     

水下声学调制解调器动态可重构数字系统设计与实现

提出一种动态可重构的水下声学调制解调器数字系统,此系统将调制、解调模块定义为可重构模块,根据水下声学信道的检测结果,动态调整其调制解调方式和数据率,以提供低误码率、低能耗的通信。在Xilinx XUPV5 FPGA开发板上完成数字系统的实现与软硬件协同验证,结果表明功能正确,数字系统可以动态配置为2FSK和2PSK模式。与传统FPGA实现方法相比,动态可重构的设计方法提高了算法设计的灵活性,节约了数字系统硬件实现的资源。     

水下机器人集群通信系统设计及实验分析

针对水下机器人集群通信平台在实际运用中存在多普勒效应、易受水质和障碍物等影响产生误码的问题，提出一种基于弱电鱼感知机理的水下仿生电场通信系统。该系统根据仿生电流场通信原理，通过两对发射接收电极传递信号，设计了一套基于幅移键控原理的现场可编程门阵列（FPGA）数模混合电路。首先，为实现平台低功耗及小型化，模拟电路通过合理选型并进行画板制版，具体的发射电路包含幅移键控调制电路以及半桥驱动放大电路，采用低零漂高精度仪表运放提取接受电极两端电势差；其次，为了提高水下机器人集群通信距离实时变化时通信系统的稳定性，通过FPGA增益控制数字电路控制可编程放大器实现自适应倍数放大；然后，采用FPGA模数转换数字驱动电路驱动模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号；最后，通过整流滤波数字电路整流后设计幅移键控非相干解调数字电路输出二进制数据流后由串口电路传输至树莓派中进行数据处理。仿真分析了不同尺寸不同形状障碍物对水下电场通信影响，并进行水下通信实验，结果表明：在淡水中电导率为4.87×10^-4 S/cm条件下，所提出的水下电场通信系统可实现通信距离为2.4 m时误码率为0,且水下电场...     

基于HT6221编码的中波调频通信系统

采用HT6221芯片实现键盘编码,与MAX038函数信号发生器产生507kHz基波信号进行频率调制,经过OPA561高频功率放大后,由L型天线发射输出;接收单元以MSP430单片机为控制核心,采用调频专用集成电路CD9088解调FM调制信号,经过TLC372电压比较器和CD40106施密特触发器调理得到标准的TTL电平信号,最后由单片机对解调信号进行处理,完成对执行部件的控制和显示.实验结果表明,系统有效通信距离达到20m以上,误码率低,电路简单,信号稳定.由于调频中波相对于高频电磁波在水中具有更小的衰减率,因此可用于浅水区域的水下无线通信系统.     

SCH量子阱激光器的混沌同步通信研究

首先对光电子反馈及光电子注入式SCH量子阱激光器的混沌动力学行为进行了研究,然后采用光电子反馈及光电子注入式SCH量子阱激光器分别作为发射系统和接收系统进行混沌同步及同步通信的数值模拟研究.理论及数值模拟研究表明,利用SCH量子阱激光器进行混沌同步通信,可取得良好的通信效果.另外,采用本激光系统进行通信,有利于克服其他系统只能传输小信号的问题.     

激光同步及其在保密通信中的应用

研究外部光注入波长1．31μm半导体激光器激光混沌同步及其同步特性，当系统有较大的参数失配和外界噪声时同步仍可保持；数值模拟了该系统具有正弦调制信号0．25GHz在保密通信中的应用，并计算出系统调制解调时的同步误差。研究证明该系统确有较高的保密性能和反破译能力。     

基于无线通信的水下航模控制系统研究与实现

针对高频电磁波在空气-水界面处存在剧烈反射,以及在水中传播时衰减迅速等问题,提出以507 kHz中波为载波信号,实现陆基控制平台与水下航模的无线电通信.该系统以MSP430单片机为控制核心,采用HT6221编码技术实现陆基控制平台的按键编码,经过OPA561放大后由L型天线发射输出;采用CD9088专用调频电路,实现水下航模的无线电信号解码,经过单片机处理后,将直流电机控制信号通过红外光波通信方式发送给水面传动单元;水面传动单元采用PID算法控制直流电机牵引水下航模实现上升、下潜和深度定位等基本功能.实验结果表明:电磁波有效通信距离为10 m以上,误码率小于2%,水下航模定位精准,系统具有较强的抗干扰能力.     

半导体脉冲激光光斑整形方法研究

针对激光近炸引信的小型化激光发射系统中激光光斑过大、探测距离偏近的问题,该文在分析半导体激光器的发射光束特性和脉冲激光定距性能的基础上,设计了激光定距系统的发射透镜,使得激光光束得到准直整形。仿真结果表明,准直后的激光束发散角被压缩至1.5m rad,且远场光斑呈圆对称形状,中心辐照亮度增加到41.04 W/cm2,使原有小型低功耗的系统探测距离从8 m提高到21 m。     

高重复率LiF:F_2~-色心调Q的YAG倍频激光器

本文阐述了作者研制的LiF:F_2~-晶体色心调Q的YAG倍频激光器.该激光器输出高重复率、高峰值功率、窄脉宽的脉冲蓝绿激光,适用于机载激光雷达进行大面积、高深度、高精度的海洋探测.文中还介绍了这种激光器输出激光的偏振性、脉冲宽度和能量的稳定性等实验结果.     

量子噪声对大气激光通信系统极限通信距离的影响

量子噪声是通信系统中的基本噪声,它的存在制约了通信的有效距离．通过推导给出了仅考虑量子噪声引起的误码率公式,并且提出了大气激光通信极限通信距离的概念．通过数值仿真,分析了激光器发射功率、发射孔径半径以及接收孔径半径和极限通信距离之间的关系,并以此提出了一些设计大气激光通信系统时相应的解决途径．     

基于旋转阀控制脉冲重构的钻井液QPSK信号解码及误码率分析

钻井液压力正交相移键控(QPSK)调制具有高密度携带及传输井下信息特点,其信号的解调与解码关系到所携带信息的正确恢复。通过建立信号的相位解调及旋转阀转速控制脉冲重构的数学模型,研究解调系统固有干扰及信号噪声对脉冲重构的影响;根据重构脉冲的幅度判别研究信号解码的可行性;通过建立重构脉冲的信噪比数学模型,对误码率进行理论分析。结果表明,解调系统固有干扰与信号噪声均对脉冲重构产生影响,且固有干扰影响较大;脉冲重构时,相邻码元编码产生的脉冲电平差值较小,使得误码阈值降低,上述影响更易引起误码。误码率的理论计算结果与仿真分析结果基本一致,可以将误码率分析模型用于钻井液压力QPSK信号传输效果的可靠性评估。     

幅度调制系统可靠性研究

针对传统的近似分析方法不够严谨的问题,利用窄带噪声随机过程同相分量和正交分量的数学表示方法,分析了双边带(DSB:Double Side-Band)调制系统中相干接收机的解调增益.在此基础上,利用窄带噪声同样的描述方法,提出了一种新的单边带(SSB:Single Side-Band)调制系统相干接收机解调增益的分析方法,将窄带噪声的中心频率由ωc变为ωcω眒/2.分析结果表明,SSB的相干解调增益为1,与传统的SSB解调增益分析方法得到的结论一致,但是与传统的近似分析方法相比,该方法更严谨,为通信系统的设计、调制方式的选择提供了更加可靠的依据.     

光MIMO-OFDM预编码矩阵优化

由于水下非成像光多输入多输出正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)通信系统采用强度调制-直接检测的通信方式,缺失频率和相位分量,不同光源的光束在接收端相互叠加,因此其信道相关性强,误码率(bit error rate,BER)高。针对这一问题,提出一种基于非成像光MIMO-OFDM接收信号欧氏距离的预编码算法。假设发送端预知信道状态信息,在满足光信号非负性和总功率受限的约束下求解最优预编码矩阵,通过对不同光源分配不同的功率实现最大化接收信号的最小欧氏距离。系统发送端通过预编码矩阵对信号进行预编码,接收端通过最大似然方法对最大化欧氏距离的接收信号进行解码。仿真结果表明,与基于奇异值分解的光MIMO预编码算法相比,提出的算法在总功率不变的前提下,进一步降低了非成像光MIMO-OFDM系统误码率。     

基于 RIE 的自适应窄带干扰抑制算法

针对直接序列扩频(direct sequence spread spectrum,DSSS)通信系统中窄带干扰(narrow-band interference,NBI)抑制问题,将窄带干扰存在性识别技术(recognition of interference existence,RIE)和变换域窄带干扰抑制算法相结合,提出了一种自适应窄带干扰抑制算法.该算法能根据接收到的信号,利用基于能限因子的RIE算法判断接收信号中是否含有窄带干扰信号,从而决定是否需要对其进行干扰抑制处理.理论分析表明,当接收信号中不合窄带干扰或干扰信号较小时,既可减少由于窄带干扰抑制算法对有用信号造成的损伤,提高误码率性能,又能降低系统处理的复杂度.仿真结果表明,自适应窄带干扰抑制方案抑制干扰误码率性能明显优于非自适应窄带干扰抑制方案.