随着石油、天然气运输管道服役年限的增加,用于管道检测、探伤、封堵、清洁等各种类型的管道机器人的需求也急剧增长。对于远距离定点作业的管道机器人,无法依靠线缆等方式与外界进行实时数据传输,只能按照事先设定的控制程序进行作业,因此无法对突发的故障以及风险做出及时有效的处理,具有较大的作业风险及作业成本。常规的电磁波由于管道的屏蔽作用而无法实现无线传输,本文利用ELF电磁波较强的穿透能力,研究了一种适用于油气管道的ELF双向通信系统,使得管道机器人在管内进行定点作业时,能够接收管外的操作控制指令,并将管内的重要数据及时传输给管外控制端,实现管内外的双向通信。本文选用处于极低频段的23Hz、26Hz电磁波通过2FSK的方式将数据进行调制后发送出去。基于该方案,设计了发射单元、控制单元以及信号接收单元的硬件电路及软件驱动程序,选用AD9959芯片作为信号源,以STM32F405作为主控制器。在对信号进行解调时,由于传统的DFT结果本身不含有时间分量,只能体现出频率分量的有无,无法体现出频率随时间的变化,因此本文采用DSTFT方式实现对ELF信号的准确解调以及码元同步,为了保证通讯数据的可靠,采用检错重发机制进行校验,极大提升了数据传输的可靠性。在完成整个系统软硬件设计以及仿真后,对各个功能模块进行了测试,均达到设计要求,并在厚度为10mm的金属管道中模拟了管内外的通信测试,测试结果表明,本文所设计的通信系统在距离管壁不大于1m、码元传输速率不大于0.8bps的情况下,误码率为0,数据传输具有十分高的可靠性,满足定点作业时,管内外的数据传输的要求。