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水声通信系统的设计与应用

罗伟东  
【摘要】: 水声通信技术成为当代最复杂的技术之一,水声通信也成为当前研究的一个热门领域。本文研究的水声通信系统是在国家“863”计划资源与环境技术领域“天然气水合物深水浅孔保温保压取芯钻具的研制”课题中,为实现无铠装电缆的条件下监视钻具在海底的工作状态并实时传输数据而提出的。水声通信系统在深海测量如声速剖面测量、地热流测量和海洋磁力测量等也具有广阔的应用前景。本人是“钻具水声通信系统”课题的主要参加人员之一,负责水声调制解调器的调研、图件绘制,辅助水声通信系统的设计、报告编写,参加海上调试,声速和地热流测量应用的设计和海上测量工作。 论文首先阐述了水声通信的基本理论知识及进展,为进一步了解掌握水声通信系统打下基础。 接着,论文通过阐述水声调制解调器的现状及比较国内外主要水声调制解调器生产厂家的产品,说明UWM 4000水声调制解调器是作为水声通信系统的建立基础的必然选择。并详细介绍了其功能命令,为下一步水声通信系统的实现奠定了基础。 水声通信系统主要由甲板监视单元、水声通信单元和水下监控单元等组成。甲板监视单元的作用是完成与水声调制解调器的数据交换,并对接收到的数据进行处理,根据预知的数据包格式,分离不同种类信号,换算成正常数值加以记录和显示。水声通信单元主要完成数字信号→声信号→声信号→数字信号的转换。水下监控单元完成钻具在海底工作时各种数据的收集,并按规定数据格式形成数据包,交由水声通信单元接收与发送。通过海上调试,表明水声通信系统可用于监视钻具在海底的工作运行状态。 再次,介绍了水声通信系统在深海测量中的应用和广阔的应用前景。在保温保压取芯钻具的应用,简要介绍了钻具的整体构造、主要技术指标及功能,重点说明自动监控系统的工作原理和工作方法,最后较详细介绍水声通信系统在钻具的应用;在声速剖面的应用中,介绍了声速剖面仪的应用意义和技术指标,进一步阐述硬件设计及其应用结果。另外,在地热流测量的应用中,首先概述热流的现状和特点及其在天然气水合物调查的应用情况,接着介绍在地热流测量的应用情况。 最后,论文总结了课题在研究过程中所取得的成果及水声通信系统的应用和前景: 1、直接采用成熟稳定的、低成本的水声调制解调器,为深海保温保压取芯建立一套水声通信系统。 2、在国内,第一次在深海测量如声速测量、地热测量中应用自制的水声通信系统进行数据传输,具有积极意义,其在深海测量中具有广阔应用前景。


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