ASK频带传输对深海走航XCTD时变信道传输信号误码率的分析方法技术

本发明专利技术以走航抛弃式温度、盐度、湿度剖面仪的传输信道为原型，提出了一种ASK频带传输方式对传输信号误码率分析的方法。随着探测深度、信号传输频率和随机噪声的增加，传输的数字信号幅值衰减严重，严重影响信号在ASK频带传输中的稳定性。本发明专利技术阐述ASK幅值解调的方法，优化了传输信道模型，分析2000m探测范围内XCTD信道阻抗参数的变化。利用MATLAB软件分析随机噪声、XCTD信道时变参数和传输频率对解调信号的影响，提出噪声是影响ASK传输稳定性的主要因素，并具体分析信号在大深度测量中解调后误码率的大小及产生原因。得出在2000m深海远距离小噪声ASK频带传输过程中，增加信号传输频率可以在一定程度上提高信号传输的准确性，该种传输条件最适合ASK频带传输方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术以走航抛弃式温度、盐度、湿度(XCTD)剖面仪的传输信道为原型，提出了一种ASK频带传输方式对传输信号误码率分析的方法。
技术介绍
抛弃式测量仪器主要的产品为温度剖面仪(XBT)，温盐剖面仪(XCTD)，声速剖面仪(XSV)和海流剖面仪(XCP)等，其中XCTD最为常用，其整个系统信号传输部分由2000m的有线信道构成，单根传输线是直径约为0.1mm的平行漆包线，分别以螺旋电感的形式缠绕成两个线轴分别安装在水下探头和船上发射装置内部。探头由位于船尾部的发射装置发射入水，并随传感器的下沉过程逐渐展开，探头内部的数据采集器实时完成海洋环境参量的采集、处理、传输并以数字信号的形式通过探头内的细传输线同步传到船上，最终形成测量剖面图。目前时变信道传输的稳定性是影响XCTD发展的主要问题，由于XCTD探头下降速度快，缠绕在线轴上的传输线不断释放，传输信道的参数随放线长度不断改变，由于XCTD信道具有时变特性，在复杂的海水测量环境中对信号解调带来极大困难，并且在放线过程中信号幅值严重衰减，这种时变性破坏了信号传输的稳定性，信号畸变严重。ASK频带传输方式作为主要通信技术手段一直被工程上广泛的使用，相比基带传输方式具有很大的优势，但对于XCTD信道和复杂的环境特点，传输信号存在不稳定问题，但对该问题的深入分析却很少。因此本专利技术本文首先阐述ASK解调的原理，建立了传输信道的模型，选取关键测量点分析信道阻抗参数、传输频率、随机噪声对ASK解调的影响并分析解调后误码率产生的大小及原因，该方法的提出对分析XCTD时变信道传输性能的影响具有重要的理论指导意义。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是解决XCTD信道在ASK频带传输下的信号误码率特点，提出了一种ASK频带传输方式对传输信号误码率分析的方法，找到适合该信道特点的ASK传输方式。本专利技术方法根据具体应用环境建立了XCTD传输信道的模型，并利用MATLAB软件分析XCTD在动态放线过程中ASK频带方式下的信号误码率特点，以及其影响的原因。本专利技术的技术方案：本专利技术提供的深海走航XCTD时变信道ASK频带传输下传输信号误码率的分析方法，具体步骤是：第1步、信道对ASK调制传输的影响，探测深度、信号传输频率和随机噪声的大小是影响XCTD信道调制输出的主要问题，如图1所示。(1)在工程研制中的最低传输频率为300Hz，如果传输频率低于300Hz，水文数据采集的时间分辨率不能满足实时测量的要求，目前国外该设备的最大传输速率为2400bps，因此本设计频率范围选择低频信号300Hz，以及高频信号1200Hz，因此本文选用300Hz和1200Hz为其两个典型频率。(2)而2000m为目前XCTD的最大有效探测深度，因此本文对2000m的放线过程进行分析，选取200m、1800m为其两个典型探测深度。(3)而无论随机噪声还是突发噪声对ASK调制输出影响的关键问题还是幅值问题，因此本文分析了不同量级噪声对ASK调制产生的影响，由于海水为弱导体，可以做地线处理，水下噪声源往往通过海水地而大大减弱，但XCTD信号在上传到海面附近后，会受到船体设备工频噪声的影响，随机噪声的量级被大大提高，将淹没有效信号，因此本文的噪声量级选用-60dB、-20dB两个量级来模拟这两个主要的噪声幅值。第2步、ASK调制解调原理调制采用模拟调幅法，采用相干解调以降低解调信号的误码率，解调与调制使用同一载波保证相干解调的同频同相，由于解调后信号幅值衰减严重，在抽样判决后添加一个增益模块，完成解调过程，并实现信号的误码率分析，整个实现过程如图2所示。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术针对于XCTD时变信道信号传输的误码率进行了详细的分析，通过对2000m测量范围内投弃式深海测量仪器信号传输在放线过程中出现的幅值衰减进行分析，可知随机噪声、传输频率、XCTD时变信道参数变化均引起信号幅值的衰减，其中噪声是影响ASK频带传输准确性的主要因素，有效抑制噪声量级的大小是解决ASK传输稳定性的关键问题。在2000m深海远距离小噪声的ASK频带传输过程中，增加信号传输频率可以在一定程度上提高信号传输的准确性，该种情况下最适合ASK频带传输方式，对工程技术人员正确采用该种传输方式具有重要的理论指导意义，同时对更好的了解XCTD工作状态下信道对信号传输性能的影响，以及对提高测量数据的精度和信号传输的稳定性具有重要的意义。附图说明图1是走航投弃式XCTD信道特点及对ASK调制传输带来影响的流程图。图2是XCTD信道ASK频带传输的主要影响因素和实现原理图。图3是信道简化电路模型图。图4是探测深度、信号传输频率、噪声量级对ASK频带传输误码率影响的波形图，其中图A为传输频率300Hz下增加探测深度与随机噪声对ASK频带传输的影响(a)探测深度200m，随机噪声-60dB；(b)探测深度200m，随机噪声-20dB；(c)探测深度1800m，随机噪声-60dB；(d)探测深度1800m，随机噪声-20dB图B为传输频率1200Hz下增加探测深度与随机噪声对ASK频带传输的影响(a)探测深度200m，随机噪声-60dB；(b)探测深度200m，随机噪声-20dB；(c)探测深度1800m，随机噪声-60dB；(d)探测深度1800m，随机噪声-20dB图5是误码率分析图(A)信号传输频率为300Hz(B)信号传输频率为1200Hz以下结合附图和通过实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。具体实施方式第1步、信道传输模型的建立根据放线过程中各参数的变化规律，对之前电路模型进行优化设计如图3所示。XCTD的信道由水下线轴、展开传输线和水上线轴三部分组成，因而建立的信道电路模型由三个子模块组成。其中L1、R1、C1是水下线轴的电路参数，R3、R4为放出的平行导线的电阻，C3为放出的平行线的分布电容，L2、R2、C2为水上线轴的电路参数，负载端选用1MΩ的电阻R0，由于XCTD信道传输线为双股漆包线，缠绕方式、工作环境等影响因素完全相同，所以电路模型具有上下对称且对称参数数值相等的特点。本文在建立信道模型的基础上，分析该信道对ASK调制方式产生的影响。对信道模型利用网孔电流法进行S域的计算，假定在水下线圈和展开传输线、水上线圈网孔中分别存在I1、I2的网孔电流，则可得到计算方程如公式(1)所示。U(S)=(2X1+2R)I1+1SC3(I1-I2)(2X2+R0)I2+1SC3(I2-I1)=0UO(S)=I2R0---(1)]]>X1、X2分别为单股漆包线缠绕水上线圈和水下线圈产生的复阻抗，表达式为公式(2)和(3)所示。X1=L1S+R1L1C1S2+R1C1S+1---(2)]]>X2=L2S+R2L2C2S2+R2C2S+1---(3)]]>则可计算信道模型的传递函数H(S)为：H(S)=R0(SC3)(2X2+R0)(2X1+R3+R4)+[2X1+2X2+R0+R3+R4]---(4)]]>由于在低频信号时缠绕线圈的杂散电容可以忽略，而深海走航投弃式剖面仪的信号波特率一般在几KHz左右，属于低频信号，则X1与X2可简化为：X1＝L1S+R1 (5)X2＝L2S+R2 (6)由于电路模型上下对称且对称参数数值相本文档来自技高网...

【技术保护点】
ASK频带传输对深海走航XCTD时变信道传输信号误码率的分析方法。

【技术特征摘要】
1.ASK频带传输对深海走航XCTD时变信道传输信号误码率的分析方法。2.根据权利要求1所述的ASK频带传输对深海走航XCTD时变信道传输信号误码率的分析方法，信道对ASK调制传输的影响，探测深度、信号传输频率和随机噪声的大小是影响XCTD信道调制输出的主要问题。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑羽，尚应生，宋国民，靳翔羽，王晓瑞，东磊，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12