不同特性阻抗参数对深海走航投弃式剖面仪传输信道影响的分析.docx

1、2015年101JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYOct,2015不同特性阻抗参数对深海走航投弃式剖面仪传输信道影响的分析郑羽I,方静，高宇二田磊I,王金海李红志2,刘宁2(I.天津工业大学电信学院，天津300387；2.国家海洋技术中心，天津3001摘要：深海走航投弃式剖面仪由于信道的时变特性，严重影响信号传输的准确性，成为深海走航投弃式割面仪进一步发展的难题。针对该类信道进行了深入分析，首先提出了信道模、型的建立方法，建立了准确的信道模型传递函数，并在此基础上，讨论了在30(X)m长传输线下，不同特性阻抗参教对信号传输性能的影响。通过分析可知：(1)在负载端使用大电阻可以极大

2、地降低水上线轴电感量变化对信号的影响，最佳电阻取值为10MQ；(2)通过提高水下线轴电感量的方法可以提高信道相位延时的稳定性，从而提高DPSK信号解调的准确性；(3)为了让负栽端获得稳定的幅值增益，要减小分布电容的数值,在信道中加入容性元件会降低信号幅值的稳定性，降低信号的传输质量通过本文的分析，可以进一步明确对该特殊信道阻抗匹配方法，优化信道硬件电路模型，加快走航彳殳弃式剖面仪向深海进军的步伐“关键词：抛弃式测量仪；阻抗参数特性；传递函数；阻抗匹配方法中图分类号：P715.5；TH766文献标志码：A文章编号:1003-2029(2015)05-0012-07收稿日期：2014-11-12基

3、金项目：天津市应用基础与前沿技术研究计划资肋项目(I4JCYBJC16300);国家自然科学基金资助项目(41206031)作者简介：郑羽(1974-).男.博士.副教授.主要从事XCTD时变信道建模方法和传输性能的研究,，E-mail:zhengutipu.e2HrII|-/.4HXLII*MHI/2HrII|-/.4H(a)水下线轴放线K度m(b)水上线轴图5I5(X)in水上、水下线轴串联不同电感后相位延时图对图中的数据进行分析.得到如表1所示的结果，从表中可以看出，随着串联电感量的提高，信号的最终相位延时越来越眉近最大相位延时，相位变化率在逐渐变小.相位稳定性得到提高.在1H时，相位变

4、化率较未串联电感时降低了20.1%,2H时相位变化率较1II时降低r10.8%,3H时相位变化率较2II时降低了7.1%,4H时相位变化率较3H时降低了0.6%,可以看到，在电感量提高的过程中，增加相同电感量带来的相位变化率的降低幅度在下降。表1水下线轴串联不同电感量后数据分析、相位/（。）最大相位最终相位相位电感/H延时延时变化率01658747.3%00.11659244.2%3.1%116912327.2%20.1%217114316.4%30.9%31721597.6%39.7%41721607.0%10.3%在串联3H电感以后.相位延时变化率已基本稳定，即使再增加1H的电感相位变化率

5、也只降低厂0.6%.而此时的相位变化率为7.6%.相位变化幅度仅为13。,已基本满足相位稳定性要求.再增大电感量，系统稳定性也不会有太大提高,反而继续增大电感量会造成谐振点幅值增益的降低，不利于信号的提取。因而最佳增加电感量应该在3H左右。2.3容性参数从前面的分析可知，传输信道负载端加入大电阻能提高输出信号的幅值增益，水下线轴部分串联电感能降低信号传输相位延时.提高稳定性，而作为与电阻、电感同等重要的电容，通过不同的接入方式是否能提高走航投奔式剖面仪传输信道的质量，值得深入分析与研究。由于走航投弃式剖面仪传输信道的特殊，从水上线轴到水下线轴之间的部分都不能加入任何的匹配器件，所以电容只能加到

6、信源与水下线轴之间，以及负载与水上线轴之间。（1）分析水上线轴与负载之间接入电容的情况。如果电容的接入方式为串联，在申联电容较大而容抗值相对负载电阻较小时，由前面分析可知，此时由于容抗值较小，会和水上缠绕线轴参数一样对负载的影响十分微弱；在串联电容大小适中（约10”数辱级）使得容抗值与负载电阻值相差不大时，会使得无论电容两端还是负载电阻两端的信号都小于未串联电容时的信号，降低了信号输出的质量；而在考虑容抗值远远大于负载阻抗的情况时，由于要达到这个条件，串联电容的值需要远远小于IOn数量级，已经小于pF级,在实际中难以找到这么小的电容，因而不做考虑。所以，水上线轴与负载端申联电容的方法并不适用。

7、如果电容的接入方式为并联，由于并联方式相对复杂，因而在1.5kHz频率，选取1500m水上、水下线轴，负载电阻10MO并连电容值分别为10nF,1nF,100pF,10pF的电容，进行相同放线分析，得到如图6所示结果。放线长度/m放线长度/m（a）相频特性（b）幅频将性图615（X）m水上、水下线轴并联不同电容放线分析图从图中可以看出，并联电容在10nF数虽级时,负载电阻井联电容后的容抗值与水上线圈的感抗值较为接近，水上线圈的感抗值和负载容抗值共同影响相位的延时，因而相位延时变化较大，特别是在放线1600m左右时.感抗值与容抗值相等.达到一个临界状态，继续放线使得缠绕电感值减小，从而水上部分的

8、阻抗特性由感性变为容性.相位延时有-个突变，不利于信道的稳定性，从幅频特性中可以看到，此时的幅值增益也比较低，传输质ht较差。在并联低于1nF的电容以后，随若并联电容的降低，相位的延时变化情况基本一样.而幅值增益值虽然在增加，但情况和宜接串接电阻时的情况基本一致，对信号传输的质虽并没有提高。因而水上线轴与负载端井联电容的方法不能提高信号传输质量。（2）分析水下线轴与信源之间接入电容的情况.如果电容的接入方式为串联，由电路基本原理可知，等于变相地减少了水下线轴部分的电感值,前而已经分析水下线轴电感址降低.会导致信号相位延时稳定性降低.不利于信号传输，因而不可取。如果电容的接入方式为并联，则并联电

9、容后信道电路的总阻抗值一定会小于未并联之前阻抗值.实际工作过程中，信源自带内阻，这样会导致信源的输出电压更多地分布在信源内阻上，能传输到信道电路的电压值更低，达不到信源匹配的目的，降低传输质量.因而不可取。综上所述，通过在走航投弃式剖面仪传输信道中增加容性元件的方法，并不能提高信道的传输质量。3结论通过文中分析可得到如下结论：(D在深海走航投弃式剖面仪传输信道中，除负载外，应当尽扇避免添加电阻这种耗能元件，降低信号在信道中的损耗，在负载端使用大电阻可以极大地降低水上线轴电感量变化对信号的影响，从而更好地将水下传输上来的信号提取出来，大电阻最佳取值为10M。(2) 通过提高电感量的方法可以提高信

10、道相位延时的稳定性，才采用DPSK信号解调方式时提高信号解调的准确性，但这种方法仅适合于提高水下线轴的电感量，在水上线轴部分增加电感量并不能提高信号相位延时的稳定性，因而通过在水下线轴上宜接申联电感、增加水下线轴绕线长度、使用水下变压器等方法增加水下电感量都可以很好地提高相位延时的稳定性，信号的稳定性并非随电感的增加而一直增加，在增加电感底达到3H后继续增加电感信信号的稳定性并没有太大的提高，反而谐振点的幅值增益会降低。(3) 想要使得负载端获得较好的幅值增益，其根本在于减小分布电容的存在，而在信道中加入容性元件并不能提高信号的传输质品,反而会使得传输质量下降,因而应当尽量避免增加容性元件。根

11、据传递函数分析信道在放线过程中的待性、各参数对信道特性的影响,可以更好地了解信道对信号传输的影响,从而找到影响信号传输质址的根本问题所在，分析在信道中加入不同特性的元件所带来的影响可进一步指导信道的阻抗匹配电路设计，最终实现解决深海投弃式剖面仪信号传输的问题。参考文献：1朱心科，金翔龙,陶春牌.等.海洋探测技术与装备发展探讨J.机器人,2013,35(3)：376-384.|2)金永明.中国制定海洋发展战略的凡点思考J.国际观察.2012.20(4):8-14.3国家海洋局、科技部、教育部和国家自然科学基金委.国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要问中国海洋,2011-9-16(02).|4

12、王殿昌.坚持陆海统筹科学规划海洋经济发展J.海洋开发与管理,2011.28(4):14-17.51李永军，蔬涛，武宝华，等.船用投弃式温盐深测量:仪研究JJ.中国科技成果,2011,126:14-15.6贾志成，于晓山,尼建军，等.XCTD剖面仪数据传输电路的设计与实现J.海洋技术,2010,29(2):1-4.17)武玉华.XCTD定标方法研究|J.海洋技术,2007.26(2)：14-16.8陈雷贾志成.李永军.等，投弃式温盐深测俄仪数据传输系统的研制J.海洋技术.2009,28:26-29.9郑羽,李红志，梁捷，等.XCTD剖面仪螺旋电感分布电容的建模与分析J.海洋技术.2013,32(

13、1):21-23.110郑羽.赵宣.李静.等.深海走航抛弃式测量仪器时变信道对传输性能影响的分析J.物理学报，2014.64(4):1-7.AnalysisontheEffectofImpedanceParameterswithDifferentCharacteristicsontheTransmissionChannelofDeep-SeaAbandonedMeasuringInstrumentsZHENGYuFANGJing1,GAOYu,TIANLei*,WANGJin-hai1,UHong-zhi2,LIUNing21. SchoolofInformationandElectrical

14、Engineering.TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China:2. Naliona!OceanTechnologyCenter,Tianjin300112.ChinaAbstract：lhetime-varyingchannelofdeep-seaabandonedmeasuringinslrumenlshasanadverseeffectontheaccuracyofsignaltransmission,whichhasbecomeaseriousproblemforthefurtherdevelopmentofdeep-seaab

15、andonedmeasuringinstruments.Adetailedanalysisisprovidedinthispaper.Itpulsforwardthemethodofchannelmodeling,withanaccuratetransferfunctionofthemodelestablished.Onthebasisofthetransferfunction,thispaperdiscussestheinfluenceofimpedanceparameterswithdifferentcharacteristicsonsignaltransmissionperformanc

16、esatthesituationof3000mlongtransmissionline.Throughtheanalysis,ilcanbeconcludedthat:(1)theuseoflargeresistanceattheloadendcangreatlyreducetheeffectofinductancechangeofal)ove-watersp(x)lonsignaltransmission,withtheoptimalresistancevalueof10M。；(2)themethodofincreasingtheinductancevalueofunderwaterspoo

17、lcanimprovethestabilityofchannelinphasedelay,soastoimprovetheaccuracyofthesignaldemodulationofDPSK;(3)inonlertoobtainastableamplitudegain,thevalueofcapacitanceshouldbereducedasfaraspossible.Insertionofcapacitiveelementscanreducethesignalamplitudestabilityandtransmissionquality.Throughtheanalysisinthispaper,itcanfurtherclarifytheimpe