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基于ARM Cortex-M3的远程水声通信海测平台

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 大型海测网研究现状

1.2.2 小型海测平台研究现状

1.3 论文主要内容和架构

第二章 海测平台总体框架

2.1 海测平台框架设计

2.1.1 控制中心

2.1.2 水面无线数据传输与数据处理系统

2.1.3 水下指令通信系统

2.3 海测平台数据协议设置

2.4 开发环境介绍

2.2 海测平台工作流程

2.5 本章小结

第三章 海测平台设计与实现

3.1 控制中心功能设计与实现

3.1.1 控制中心数据接口

3.1.2 控制中心功能设计

3.1.3 控制中心主界面

3.1.4 控制中心水面系统操作界面

3.1.5 控制中心数据传输界面

3.1.6 控制中心数据分析与波形显示界面

3.2 多线程技术及其应用

3.2.1 多线程概述

3.2.2 多线程技术的应用

3.3 水面无线数据传输与数据处理系统

3.3.1 无线数据传输模块

3.3.3 数据处理系统芯片选择

3.3.4 数据处理系统数据接口设计

3.3.5 数据处理系统驱动

3.3.6 数据处理系统的数据处理流程

3.3.7 数据处理系统数据存储与格式转换

3.4 水下指令通信系统

3.4.1 FH-MFSK通信系统

3.4.2 水下通信指令据帧格式

3.4.3 水下指令通信系统数据处理

3.5 本章小结

第四章 海测平台的部署与调试

4.1 实验框架

4.2 网络传输实验

4.2.1 海测平台数据采集测试

4.2.2 海测平台数据发送测试

4.3 无线数据传输实验

4.4 水池实验

4.4.1 实验环境

4.4.2 实验部署

4.4.3 实验结果

4.5 本章小结

第五章 工作总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士期间的科研成果

致谢

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摘要

随着社会的不断的发展,人们对自然资源的依赖和开发提出了更高的要求。由于陆地资源的持续消耗,人们开始将目光转移到了海洋上面来了。目前,世界上各个国家都将开发海洋资源和发展海洋科学技术纳入了国家发展战略中。由于海洋环境的特殊性,传统的无线通信技术不能满足海洋通信的需求。相反的,使用声波作为信息载体的水声通信技术已经成为了海洋信息技术的关键领域。
  传统的水声技术验证需要开发人员携带大量的设备出海进行实地测试。这样一来,为了验证某一新技术,开发人员往往要经历一个风险大、花费高、周期长的海测流程。这一现状很大程度上限制了水声通信技术的蓬勃发展。为了解决这一问题,本文提出了一种可进行远程操作、重复使用、并集成了虚拟设备和数据分析功能的海测平台以代替传统的海测方式。该平台可以向研发人员提供一个可靠的、实时的、高效的海测方案,极大提高海测效率。
  海测平台主要由三个子系统组成,分别为控制中心、水面无线数据传输与数据处理系统、水下指令通信系统。控制中心提供了一个成熟的人机界面给实验人员操作,通过该界面实验人员可以实现实验设备(水面无线数据传输与数据处理系统)的浏览和定位、实验设备功能选择和连接、实验数据的存储和发送、实验数据的分析及波形显示等功能。水面无线数据传输与数据处理系统作为海测平台进行海测实验的核心模块,利用网络通信技术、无线通信技术、串口通信技术、嵌入式技术和水声通信技术实现了与控制中心的远程数据传输和实验数据处理功能。水下指令通信系统可以对控制中心的指令控制信号做出移位响应,我们利用跳频,多进制频移键控(FH-MFSK)调制解调技术设计了指令通信系统,确保了控制指令传输的准确性。
  本文对现有的国内外海测实验平台进行了详细的调研和分析,设计搭建了一个具有三层结构的立体海测平台。最后,我们对海测平台进行了详细的测试以验证海测平台的实用性。这一研究成果具有较好的发展空间和应用前景。

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