海缆有源电磁探测系统研究(附件)【字数：12546】
摘 要海缆有源电磁探测系统利用了电磁感应这一现象，通过对故障海缆施加一定频率的交变电流，使其在线缆周遭形成磁场。通过观察探棒（线圈）在其周遭运动时 感应电动势的变化来确定线缆位置，并通过反复探测的方式来缩小故障区域，最终寻得故障点具体位置。在实际工作中，那些冗长的线缆给施工造成了不少的麻烦。不仅在探测过程中妨碍工作人员，在探测结束后还要费很大的功夫将它们整理好。在本设计中，除了研究海缆有源电磁探测系统外，还将就线缆冗长问题设计一套解决方案，即无线探测系统，来试图解决线缆冗长这一问题。本次研究的主要内容如下研究海缆的电磁场模型及探测方法，探究系统所要传输的数据的来源；设计无线探测系统，选取合适的传输层协议；为所需要传输的数据制定应用层协议，加快传输效率，提高系统的稳定性；使用c#编程，实现应用层协议的加密解密与UDP无线收发等功能，并设计前端界面模拟传输过程，检验所编写的方法是否可用。
Key words：submarine cable；detection system Application layer protocol；wireless transmission； 目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外相关研究情况 1
1.2 本课题研究的主要内容 1
1.3 论文章节安排 2
第二章 海缆有源电磁探测系统的数据来源 3
2.1 海缆的电磁场模型及感应电动势的测量 3
2.1.1 直流电流电磁场模型 3
2.1.2 交流电流电磁场模型 3
2.1.3 探测系统构件 3
2.1.4 谐振电路的滤波作用 4
2.2 常用海缆有源电磁探测方法 5
2.2.1 峰值探测 5
2.2.2 谷值探测 6
2.2.3 三棒探测 7
2.2.4 小结 8
第三章 无线海缆探测系统的需求分析 9
3.1 问题描述 9
3.2 可行性分析 10
3.2.1 技术可行性分析 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
0
3.2.2 市场可行性分析 10
3.3 系统架构分析 10
3.3.1 系统硬件架构分析 10
3.3.2 软件主要功能分析 10
3.4 传输层通信协议的选取 11
3.4.1 TCP协议 11
3.4.2 UDP协议 11
3.4.3 小结 11
第四章 无线海缆探测系统的设计与实现 13
4.1 自定应用层协议 13
4.1.1 设备广播自身信息 13
4.1.2 PC回应设备 15
4.1.3 设备传输状态与数据信息 16
4.1.4 PC向设备发送命令 17
4.2 软件详细设计及实现 17
4.2.1 设备广播自身信息 17
4.2.2 PC截取指定广播 18
4.2.3 接收并解析消息 18
4.2.4 按协议转化并发送消息 19
4.2.5 功能实现 19
第五章 总结 23
5.1 课题成果 23
5.2 待解决问题 23
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
绪论
海缆作为跨洋信息传递及电力传递的最主要媒介，它对于人类社会的重要性不言而喻。但海缆作为传输线缆，是极易遭受破坏的。虽然人们为它加装了层层铠装，但在船锚的拖拽以及地质灾害下，海缆断裂的事时有发生。[1]要维修海缆是一件困难的事，如何将之寻找出来是最大的难题。人类的智慧是无所不能的，为海缆维修服务的探测系统在近几十年不断地发展，使原本隐藏在海洋深处的海缆无所遁形。本次研究的对象为海缆有源电磁探测系统，这也是目前在海缆探测中应用最为广泛的探测系统之一。通过这次研究，我们可以对此系统有更加深入的了解，并探讨其实际操作中产生的问题，尝试用在校所学的专业知识去为这些问题设计解决方案，推动此系统的进步及海缆探测行业的发展。
国内外相关研究情况
国外研究成果
在国外，海缆探测行业已经相当成熟。一些发达国家有专门进行探测的物探船进行探测。其配套的高端探测装备如水下机器人等，有很多都不对中国出售。由于此行业相对涉密，网上也难以查到他们此行业的近期研究成果。但从他们完备的探测设备和惊人的探测效率中不难看出，这些发达国家在这个行业已经走在了中国前面。不过根据网上搜集到的信息，发现他们的探测设备也都是以有线的方式连接，这一点也让我设计与实现无线海缆探测系统有了极大的动力。
国内研究成果
因为我国海缆行业是依托军事海缆的需求而发展起来的，所以海缆探测目前是偏向军事领域的冷门行业。当然，随着国家大力推进军民融合，相信进入这个行业的人会越来越多。目前此类研究的中坚力量是我国的海军工程大学，他们在这个领域发表了很多篇学术论文。这些论文不仅为我们测量海缆的埋深，路由等提供了充足的理论依据，还针对我国的海洋环境，做出了有关信号衰减，探测方法的选择等各种极具实际价值的研究。前几年，极具想象力的五棒式电磁探测系统的出现，更是展现出我们在这个领域孜孜不倦的探索精神。当然，由于各种原因，目前我国在这个领域还是十分落后于美国和欧洲等发达国家和地区的。希望在不久的将来，我们的相关科技成果能让欧美的老外咋舌。同时也希望我的无线海缆探测系统成为此行业发展的助力之一。
本课题研究的主要内容
研究海缆有源电磁探测系统的实现原理及常用探测方法
海缆的电磁场模型及感应电动势的测量
海缆有源电磁探测系统是一套基于通电海缆的电磁感应现象的物理探测系统，论文的开始阶段将对探测系统如何取得探测数据进行研究，为后面所要实现的无线传输功能提供数据来源。
不同的探测方法所获取数据的异同
由于探测方法的不同，获取到的数据也会有所不同，为了让无线探测系统能够适应多种探测方法，还将对几种常用的探测方法进行研究，探寻不同的探测方式下，所需传输的数据是否有异同。
无线海缆探测系统的设计与实现。
设计无线探测系统的硬件架构
原有的有线探测系统是基于通信线缆来实现数据传输的，现在要想把这些线缆从系统中去除，就必须添加无线网络模块。在后面的系统设计中将阐述如何组网以及网络模块的添加方法。
制定用于通信的协议
探测设备所产生的源信息十分丰富，但实际探测中只会用到其中的一部分关键信息，多余的信息不仅增加了提取难度，更是降低了传输速率与准确度。所以在本无线探测系统中会使用一套自行编制的协议来简化所要传输的内容，传输简化后的信息将大大提高系统的效率与稳定性。
Key words：submarine cable；detection system Application layer protocol；wireless transmission； 目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外相关研究情况 1
1.2 本课题研究的主要内容 1
1.3 论文章节安排 2
第二章 海缆有源电磁探测系统的数据来源 3
2.1 海缆的电磁场模型及感应电动势的测量 3
2.1.1 直流电流电磁场模型 3
2.1.2 交流电流电磁场模型 3
2.1.3 探测系统构件 3
2.1.4 谐振电路的滤波作用 4
2.2 常用海缆有源电磁探测方法 5
2.2.1 峰值探测 5
2.2.2 谷值探测 6
2.2.3 三棒探测 7
2.2.4 小结 8
第三章 无线海缆探测系统的需求分析 9
3.1 问题描述 9
3.2 可行性分析 10
3.2.1 技术可行性分析 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
0
3.2.2 市场可行性分析 10
3.3 系统架构分析 10
3.3.1 系统硬件架构分析 10
3.3.2 软件主要功能分析 10
3.4 传输层通信协议的选取 11
3.4.1 TCP协议 11
3.4.2 UDP协议 11
3.4.3 小结 11
第四章 无线海缆探测系统的设计与实现 13
4.1 自定应用层协议 13
4.1.1 设备广播自身信息 13
4.1.2 PC回应设备 15
4.1.3 设备传输状态与数据信息 16
4.1.4 PC向设备发送命令 17
4.2 软件详细设计及实现 17
4.2.1 设备广播自身信息 17
4.2.2 PC截取指定广播 18
4.2.3 接收并解析消息 18
4.2.4 按协议转化并发送消息 19
4.2.5 功能实现 19
第五章 总结 23
5.1 课题成果 23
5.2 待解决问题 23
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
绪论
海缆作为跨洋信息传递及电力传递的最主要媒介，它对于人类社会的重要性不言而喻。但海缆作为传输线缆，是极易遭受破坏的。虽然人们为它加装了层层铠装，但在船锚的拖拽以及地质灾害下，海缆断裂的事时有发生。[1]要维修海缆是一件困难的事，如何将之寻找出来是最大的难题。人类的智慧是无所不能的，为海缆维修服务的探测系统在近几十年不断地发展，使原本隐藏在海洋深处的海缆无所遁形。本次研究的对象为海缆有源电磁探测系统，这也是目前在海缆探测中应用最为广泛的探测系统之一。通过这次研究，我们可以对此系统有更加深入的了解，并探讨其实际操作中产生的问题，尝试用在校所学的专业知识去为这些问题设计解决方案，推动此系统的进步及海缆探测行业的发展。
国内外相关研究情况
国外研究成果
在国外，海缆探测行业已经相当成熟。一些发达国家有专门进行探测的物探船进行探测。其配套的高端探测装备如水下机器人等，有很多都不对中国出售。由于此行业相对涉密，网上也难以查到他们此行业的近期研究成果。但从他们完备的探测设备和惊人的探测效率中不难看出，这些发达国家在这个行业已经走在了中国前面。不过根据网上搜集到的信息，发现他们的探测设备也都是以有线的方式连接，这一点也让我设计与实现无线海缆探测系统有了极大的动力。
国内研究成果
因为我国海缆行业是依托军事海缆的需求而发展起来的，所以海缆探测目前是偏向军事领域的冷门行业。当然，随着国家大力推进军民融合，相信进入这个行业的人会越来越多。目前此类研究的中坚力量是我国的海军工程大学，他们在这个领域发表了很多篇学术论文。这些论文不仅为我们测量海缆的埋深，路由等提供了充足的理论依据，还针对我国的海洋环境，做出了有关信号衰减，探测方法的选择等各种极具实际价值的研究。前几年，极具想象力的五棒式电磁探测系统的出现，更是展现出我们在这个领域孜孜不倦的探索精神。当然，由于各种原因，目前我国在这个领域还是十分落后于美国和欧洲等发达国家和地区的。希望在不久的将来，我们的相关科技成果能让欧美的老外咋舌。同时也希望我的无线海缆探测系统成为此行业发展的助力之一。
本课题研究的主要内容
研究海缆有源电磁探测系统的实现原理及常用探测方法
海缆的电磁场模型及感应电动势的测量
海缆有源电磁探测系统是一套基于通电海缆的电磁感应现象的物理探测系统，论文的开始阶段将对探测系统如何取得探测数据进行研究，为后面所要实现的无线传输功能提供数据来源。
不同的探测方法所获取数据的异同
由于探测方法的不同，获取到的数据也会有所不同，为了让无线探测系统能够适应多种探测方法，还将对几种常用的探测方法进行研究，探寻不同的探测方式下，所需传输的数据是否有异同。
无线海缆探测系统的设计与实现。
设计无线探测系统的硬件架构
原有的有线探测系统是基于通信线缆来实现数据传输的，现在要想把这些线缆从系统中去除，就必须添加无线网络模块。在后面的系统设计中将阐述如何组网以及网络模块的添加方法。
制定用于通信的协议
探测设备所产生的源信息十分丰富，但实际探测中只会用到其中的一部分关键信息，多余的信息不仅增加了提取难度，更是降低了传输速率与准确度。所以在本无线探测系统中会使用一套自行编制的协议来简化所要传输的内容，传输简化后的信息将大大提高系统的效率与稳定性。
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