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近年来随着海洋油气资源勘察与开采的迫切需求,海洋电磁勘探法做为有效的勘探方法得到了迅速发展。海洋可控源电磁发射机是海洋电磁勘探系统的核心部分,海上海下的实时通信系统为海洋发射机的关键单元,对发射机进行远程控制,监控发射机的运行状态,保障发射机的正常运行。鉴于海洋可控源电磁发射机具有下潜深度大,结构复杂等特点,需要选取合适的通信技术。水下电力线载波通信技术具有其天然的优势及广阔的应用,但仍有诸多技术难点亟待解决。本文以中科院战略先导科技专项“海斗深渊区可控源海洋电磁发射装备关键技术研究”(XDB06060204)为依托,重点对海洋可控源电磁发射机通信系统的信道模型、阻抗匹配等相关技术进行了研究。在此基础上,搭建了海洋可控源电磁发射机的通信系统平台。本文对海洋可控源电磁发射机通信系统的一些关键问题做了深入研究,其研究成果如下: (1)建立了连接海洋可控源电磁发射机与海上控制平台的海洋电力拖缆的时域及频域模型。基于多导体传输线理论,用镜像法得到了海洋电力拖缆的单位阻抗模型,由此得到通信时海缆的阻抗矩阵,提出了二端口网络传输矩阵,并利用相模转换矩阵建立了海洋电力拖缆频域的Pi型及T型传输线模型。利用时域有限差分法(FDTD),将二端口网络的传输矩阵离散化,得到海洋电力拖缆的离散时间域模型。通过仿真及实验测试,验证了搭建的模型的准确性及有效性,为整个系统通信信道模型打下基础。 (2)建立了海洋可控源电磁发射机的时域模型。由于海洋可控源电磁发射机在工作时对整个通信信道的输入阻抗及噪声有极大影响,因此对其进行分析有助于通信系统正常稳定的运行。依据移相全桥软开关DC/DC电路的工作原理,分析了海洋可控源电磁发射机的电路结构及工作过程,提出了海洋可控源电磁发射机的简化模型。利用频闪映射法推导出海洋可控源电磁发射机的时域模型。通过仿真模型与实验平台的对比,验证了模型的准确性与可行性。 (3)建立了海洋可控源电磁发射机通信信道模型。针对载波通信的信道受输入阻抗,衰减及噪声影响的特性,重点对其输入阻抗进行了分析,利用矢量匹配法推导了输入阻抗模型,得到通信信道的传递函数,建立了海洋可控源电磁发射机通信信道整体模型。 (4)基于JFET提出了一种电压控制型自适应阻抗匹配电路。针对现有阻抗匹配电路,仅能在其放大区间内获得最大传输功率的缺点,提出一种基于JFET电压控制型自适应阻抗匹配耦合电路。该方法可以在较大范围内对海洋可控源电磁发射机通信系统的阻抗进行实时匹配,具有电路结构简单、控制电路简洁、品质因数高等特点。通过实际测试,本文提出的耦合电路在不同负载情况下,对海洋可控源电磁发射机通信信道的阻抗进行实时匹配,与普通的耦合电路相比匹配效果明显。 (5)依托工程项目,搭建了1000A海洋可控源电磁发射机试验平台。在此基础上,利用电力载波通信技术及LabVIEW软件对海洋可控源电磁发射机通信系统平台进行搭建。依据海洋可控源电磁发射机传输中压电能的特点,设计了发射机弱电电源控制系统。最后对海洋可控源电磁发射机通信系统平台进行了测试,满足设计需求。