[发明专利]一种基于FSK调制解调的水下中远距离电场通信系统

说明书

本发明公开了一种基于FSK调制解调的水下中远距离电场通信系统，MCU设置在发射端，采用2FSK信号调制解调方式进行通信，能够发射串口信号至FPGA逻辑控制器进行信号调制，调制后的信号经数模转换和信号放大后经发射电极发射至水下信道中；通过接收电极接收发射电极发射的信号，依次经放大、滤波和再放大后进行模数转换处理，然后输入FPGA逻辑控制器中进行解调，解调得到的信号再传输接收端的MCU中完成通信，发射端和接收端分别连接电源管理模块。本发明适用于体积较小，功耗低的水下通信设备之间的通信。

技术领域

本发明属于水下电场通信技术领域，具体涉及一种基于FSK调制解调的水下中远距离电场通信系统。

背景技术

近年来，海洋机器人集群成为新型海洋装备的发展趋势和新型作战模式，推动水下机器人集群协同作业的关键技术在于解决水下机器人集群节点间快速稳定通信技术难题。

对比于传统的陆地上的集群通信方式，水下通信条件更加严苛，陆地上的无线电磁波等无线通信方式在水下衰减较为严重，故无线电磁波水下基本不可能实现。目前，水下无线通信方式主要分为，水下声场通信，水下光通信以及水下电场通信。其中，水下声通信是利用声波在水里传播实现通信。但还存在着传输速率低、带竞有限；容易受水质、水温、水压和水下噪声的影响形成多路径干扰信号和盲区等缺陷；水下光通信包括水下可见光通信、水下不可见光通信，研究表示这种技术受水下环境干扰严重，使得水下光通信技术在一定程度上受到制约。

由于电场本身所具有的高效的通信能力，所以一些学者开始将水下仿生电场探测系统应用于水下通信中。但水下电场通信大多数水下电流场通信设备尺寸较为庞大、功耗较大、大都为超低频通信并且不能动态适应通信距离，实时调整系统的通信距离。而水下机器人集群通信系统，由于群集要求，对通信设备尺寸以及功耗有所要求，并且需要根据距离不同实时调整通信系统的放大倍数自适应调整通信距离，所以需要一种适合远距离通信的、可自适应位置变化的水下通信系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于FSK调制解调的水下中远距离电场通信系统，解决现有水下电场通信系统通信距离短的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于FSK调制解调的水下中远距离电场通信系统，包括MCU，MCU设置在发射端，采用2FSK信号调制解调方式进行通信，能够发射串口信号至FPGA逻辑控制器进行信号调制，调制后的信号经数模转换和信号放大后经发射电极发射至水下信道中；通过接收电极接收发射电极发射的信号，依次经放大、滤波和再放大后进行模数转换处理，然后输入FPGA逻辑控制器中进行解调，解调得到的信号再传输接收端的MCU中完成通信，发射端和接收端分别连接电源管理模块。

具体的，发射端的MCU经第一FPGA逻辑控制器、数模转换电路和功率放大电路与水下信道处的发射电极连接。

进一步的，数模转换电路通过FPGA控制CS_N片选、SCLK同步时钟、DIN数据输入和CLR_N清零引脚完成模数转换，并搭配LT1678芯片进行单极性到双极性调制波转换；通过DIN进行二进制数字信号输入至LTC2642数模转换芯片中进行模拟信号输出。

进一步的，功率放大电路的放大电压为0～35V，输出电流为0～10A，增益带宽积0～2MHz。

具体的，接收电极将感应到的信号发送至接收端的前级放大电路，前级放大电路依次经带通滤波器电路、自适应增益放大电路和模数转换电路后经第二FPGA逻辑控制器与第二树莓派控制器连接。

进一步的，第二FPGA逻辑控制器的DAC驱动与模数转换电路连接，第二FPGA逻辑控制器的自适应放大控制连接自适应增益放大电路。

进一步的，第二FPGA逻辑控制器分别连接有SDRAM存储电路、FPGA外围掉电存储器和JTAG。