水下机器人集群通信系统设计及实验分析

作     者：续丹 余雷 胡桥 冯兴龙 陆涛 XU Dan;YU Lei;HU Qiao;FENG Xinglong;LU Tao

作者机构：西安交通大学机械工程学院710049西安 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室710049西安 西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室710049西安 

基　　金：国防基础科研资助项目(JCKY2020110C074) 国防科技创新特区资助项目(193A1111040501) 国防预研快速扶持基金资助项目(61404150405) 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2022年第56卷第6期

页      码：40-49页

摘      要：针对水下机器人集群通信平台在实际运用中存在多普勒效应、易受水质和障碍物等影响产生误码的问题,提出一种基于弱电鱼感知机理的水下仿生电场通信系统。该系统根据仿生电流场通信原理,通过两对发射接收电极传递信号,设计了一套基于幅移键控原理的现场可编程门阵列(FPGA)数模混合电路。首先,为实现平台低功耗及小型化,模拟电路通过合理选型并进行画板制版,具体的发射电路包含幅移键控调制电路以及半桥驱动放大电路,采用低零漂高精度仪表运放提取接受电极两端电势差;其次,为了提高水下机器人集群通信距离实时变化时通信系统的稳定性,通过FPGA增益控制数字电路控制可编程放大器实现自适应倍数放大;然后,采用FPGA模数转换数字驱动电路驱动模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号;最后,通过整流滤波数字电路整流后设计幅移键控非相干解调数字电路输出二进制数据流后由串口电路传输至树莓派中进行数据处理。仿真分析了不同尺寸不同形状障碍物对水下电场通信影响,并进行水下通信实验,结果表明:在淡水中电导率为4.87×10^(-4)S/cm条件下,所提出的水下电场通信系统可实现通信距离为2.4 m时误码率为0,且水下电场通信收发电极平行时,通信性能最佳。

主 题 词：水下机器人 水下通信 数字通信系统 现场可编程门阵列 

学科分类：080904[080904] 0810[工学-土木类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080402[080402] 0804[工学-材料学] 081001[081001] 

核心收录：

D　O　I：10.7652/xjtuxb202206006

馆 藏 号：203110835...