日盲紫外光语音通信系统的研究

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通信系统已经成为了现代人生活中双方沟通的桥梁,随着科学技术的进步,依托各种媒介的通信系统都得到了不断的发展。目前常用的通信系统可以大致分为以下两大类:依托射频的通信系统依托红外和激光的通信系统射频和红外及激光的通信系统发展已比较成熟,应用也非常广泛。但它们各自也存在一些缺点,射频通信容易受到电磁波的干扰、容易被第三方截获和测向等,红外和激光通信对双方的方位要求严格,一般只能用于直线通信。紫外通信系统具有许多其它常规通讯方式所没有的优点,特别是日盲区域的紫外光通信。首先,由于大气层的阻挡作用,地球上几乎没有波长低于290nm的紫外线,这样工作在波长小于290nm范围内的光通信系统将不会受白昼和夜晚环境的影响,从而大大提高了通信的抗干扰能力。其次,日盲区域的紫外线主要以散射方式传播,并且传播路程有限,这就决定了紫外通信系统可以实现局域范围内的非视距通信,同时也不易被远处的第三方监听或测定方向,具有较好的保密性。本文从紫外光的大气传输特性、系统总体设计、硬件设计、软件设计等方面进行论述,主要包括了以下几个方面的内容:系统方案的选择、规划、论证系统硬件部分的设计、选型及实验样机的制作系统软件部分设计思路的分析和实现系统的验证及对现阶段存在问题的分析本课题的目的是要探索一条适合现阶段技术条件的日盲紫外光通信的发展道路。通过第一阶段的研究工作,我们已在信息的调制和接收上取得了可喜的进展,实现了低速率下的紫外光通信。初步实验表明该方案切实可行,值得继续做进一步的研究。
中文摘要第4-5页
英文摘要第5-6页
1 绪论第10-14页
    1.1 引言第10页
    1.2 问题的提出及研究意义第10-11页
        1.2.1 问题的提出第10-11页
        1.2.2 研究的意义第11页
    1.3 国内外研究现状第11-12页
        1.3.1 国外研究现状第11-12页
        1.3.2 国内发展状况第12页
    1.4 本文研究的目的和研究内容第12-14页
        1.4.1 本文研究的目的第12页
        1.4.2 本文研究的主要内容第12-14页
2 日盲紫外光及其大气传输模型第14-23页
    2.1 引言第14-15页
    2.2 日盲紫外光的定义第15页
    2.3 紫外光的大气传播特性第15-21页
        2.3.1 大气层的结构第15-16页
        2.3.2 大气对光线的散射和吸收效应第16-19页
        2.3.3 季节对紫外线穿透能力的影响第19-20页
        2.3.4 紫外线的大气传输数学模型第20-21页
    2.4 本章小结第21-23页
3 系统的总体设计第23-31页
    3.1 引言第23页
    3.2 日盲紫外线的NLOS 模型第23-25页
    3.3 常用光调制技术简介第25-28页
        3.3.1 KDP 晶体的电光效应第26-27页
        3.3.2 电光强度调制第27-28页
        3.3.3 晶体电光调制的优缺点第28页
    3.4 紫外通讯系统模式第28-29页
    3.5 本章小结第29-31页
4 系统的硬件设计第31-67页
    4.1 引言第31页
    4.2 紫外光源的选择第31-35页
        4.2.1 紫外激光器第31-32页
        4.2.2 紫外LD 与LED第32-33页
        4.2.3 紫外光灯第33-35页
    4.3 语音处理算法和芯片第35-39页
        4.3.1 语音编码算法概述第35-36页
        4.3.2 语音芯片的选择第36-37页
        4.3.3 VC-20-MR2 的外部参数及特性第37-39页
    4.4 语音处理电路第39-43页
        4.4.1 MCS-51 单片机串口简述第40-41页
        4.4.2 8751 串口工作方式的设定第41-42页
        4.4.3 8751 与VC-20-MR2 的硬件接口电路第42-43页
    4.5 日盲型紫外滤光片第43-44页
    4.6 紫外光的调制电路第44-53页
        4.6.1 半桥谐振电路第45-47页
        4.6.2 电子镇流芯片L6574 工作原理第47-49页
        4.6.3 输入信号的电平接口电路第49-52页
        4.6.4 改善调制系统的措施第52-53页
        4.6.5 调制电路总体结构和波形第53页
    4.7 光电转换第53-55页
    4.8 锁相环电路74HC4046第55-58页
    4.9 压/频转换电路AD650第58-60页
    4.10 紫外光的接收和解调第60-65页
        4.10.1 光电转换信号前置接口第60-63页
        4.10.2 鉴频解调电路第63-64页
        4.10.3 解调信号的后续处理第64-65页
    4.11 本章小结第65-67页
5 系统的软件设计第67-76页
    5.1 引言第67页
    5.2 R5232 串口通信第67-69页
    5.3 语音数据的串行处理第69-75页
        5.3.1 数据传输的控制方式第69-71页
        5.3.2 发射端软件设计第71-72页
        5.3.3 接收端软件设计第72-75页
    5.4 本章小结第75-76页
6 系统实验结论与展望第76-79页
    6.1 系统实验第76-78页
    6.2 后续研究工作的展望第78页
    6.3 结束语第78-79页
致谢第79-80页
参考文献第80-83页
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录第83-84页
独创性声明第84页
学位论文版权使用授权书第84页
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