随着我国对近海海域资源的探测技术日益成熟，资源更为广阔的深远海也逐渐受到各方面的重视。近海开发与深远海空间的拓展已成为我国海洋经济发展的重要内容之一。其次，随着探头的快速下降，原缠绕在线轴上的传输线不断释放，线轴的电感量不断减小，展开的传输线间电容不断增大，这种动态实时改变的信道阻抗特性破坏了信号传输的稳定性，信号畸变严重。尤其在高速率通信时，常用的数字通信方式已无法适用于这种工况，给信号解调带来极大的困难。

　　目前，国内外对于走航投弃式仪器的通信系统的研究大多侧重该系统接收发送电路的设计，所使用的调整方式主要有振幅键控和差分移相键控两种，然而，无论采用哪种调制方式，其对传输信道的检测主要为静态。内环为传输电缆，半径r为0.05 mm；外环的绝缘漆包半径只为0.0545mm；周围为海水，信号采用差动传输的方式。

　　随着投弃式仪器的正常工作，传输信道阻抗在动态地变化。随着线圈的展开，这些分布电容迅速增大，等效电感逐渐减小。所以，建立传输线放线长度（乃）和缠绕电感（L）、分布电容（C）、分布电阻（只）的变化规律是进行放线过程动态分析的关键。

　　传输线截面模型2.1信道分布电容的计算本文通过多次配置镜像电荷的方法来求解平行导线间的电容，用多次镜像后的集中电荷系取代导体表面的分布电荷，而维持诸边界条件不变，从而使电容的求解过程简化，其主要依据是电磁理论中的惟一性定理和圆截面导线镜像公式。计算模型为中两平行导线的横截面图。

　　利用20次迭代算法计算的结果如（1）式所示：其中er =2.6，e=8.85pF/m，平行导线分布电容的大小与导线长度成线性关系，经计算1m长分布电容的大小为210pF网。

　　传输线的总分布电容主要由线圈缠绕形成的电容和平行导线间的电容并联构成，线圈缠绕形成的电容主要由线圈内同层同股邻近匝间电容、同层本文线圈缠绕为标准螺旋电感，其电感紧密地缠绕在圆柱型骨架上，中间介质为空气。采用ANSYS软件中的BrooksCoilInductance电感计算公式进行估算。理论计算如（2）式所示：其中L为缠绕电感的数值，只外为圆柱型骨架的外径，turn为缠绕圈数。由勾股定理可以推算出缠绕一圈所需传输线长度。因为单根传输线直径约异股邻近匝间电容、异层邻近匝间电容三部分构成。0.1mm，相对线轴半径较小，所以不考虑由于多为了便于分析，选用二层四匝双股电感线圈横截面图作为分布电容基本结构单元的模型，设绕组为对称绕制。为了计算方便，忽略边缘效应，因此求取该基本结构单元分布电容就可以推导出电感线圈的等效总电容。与计算单股螺旋电感线圈分布电容相同，基本结构单元的等效电容可以采用平行板电容器计算公式进行计算。

　　经化简和计算，同层同股邻近匝间电容。约为8.8pF，同层异股邻近匝间电容C23=0.2pF，异层同股邻近匝间电容C15 =0.4pF.由此可以看出，210pF/m的平行导线间的电容占主导地位。

　　因此，本文传输线分布电容动态变化规律主要以平行导线间的电容为主，线圈缠绕形成的电容变化可以忽略。

　　2.2信道分布缠绕电感和分布电阻的计算理论上，这种紧密缠绕电缆差动传输方式下，由于输入电流与输出电流反相，幅值相等，电缆电感自感量与互感量相互抵消，消除了动态电感量对信道阻抗的影响。但是随着电缆展开，线间分布电容不断增大，电容对交流信号相位的延时作用导致输入电流与输出电流无法同相，使缠绕电感对信号的影响不能忽略。当并联电容达到一定时，由于并联电容引起的电流相位失真，平行紧密缠绕的螺旋电感之间自感和互感并不是时刻相互抵消的，当相位衰减达到90.以上时，自感和互感还会产生叠加作用，使得这个电路中等效电感值增大，从而对信号传输的完整性造成更大的影响。分析表明：分布电容越大，信道的通频带越窄；缠绕电感越大，电流相位失真越严重。当并联电容增大时，缠绕电感呈现减小的趋势。然而由于并联电容引起电流的相位失真对线圈接入电路中的等效电感的变化是非线性的，所以不能单纯按照普通缠绕线圈电感计算方式进行计算。

　　层叠加导致A外值增大带来的影响，则缠绕匝数（叫urn）和线圈上传输线长度（乃）的计算式为经整理化简后得到放线长度（D放）与传输线系统中缠绕电感的关系：x（D总一D放）2其中R外为圆柱型骨架的外径，忽略放线后传输线自身的电感，线圈上传输线长度（D）为传输线总长（D总）与放线长度（D放）之差，其中L为缠绕电感的数值，Ad为缠绕线圈间距，这里值较小，可以忽略。由（4）式得到电感随线轴线长的变化规律如所示。可以看出，线圈缠绕电感与线圈上缠绕长度的平方成正比。利用Agilent 4294A阻抗分析仪在40―10kHz的频率范围内测量海水介质下等效电感值与估算结果进行比较，其中500m线轴测量值约为261.17 mH，计算值为100.98mH，误差比为258；1100m线轴测量值约为435.26 mH，计算值为350.17mH，误差比为124.可以看出由于Brooks公式计算的线圈为规则的正方形且边长与半径相等，本文中线圈在动态变化时并不是时刻为标准的Brooks相似型，所以导致计算结果和实际测量存在一定的差异。随着线圈模型逐渐逼近相似型，计算与实际的误差比例也逐渐减小，且比值波动也趋于平稳。根据测试和比较，当线轴缠绕电感值小于500mH时，缠绕电感对信号影响不大，当大于500 mH以后，其影响逐渐明显。应用Brooks公式进行估算，当绕线长度较小时，虽然存在一定误差，但此时电感对信号影响较小，误差带来的影响基本可以忽略，当缠绕长度达到1500 m以上，线轴模型基本为Brooks相似型，误差较小。所以，可以利用Brooks公式在难以测量的情况下，对线轴缠绕电感进行快速估算。

　　线长/m电感随线轴线长的变化规律H/馨由于信号传输频率较低，在800 Hz左右，本文采用导线直流电阻值的计算公式对信道分布电阻值进行估算：（5），R表示平行导线电阻，p表示工作温度下电阻率，q为绞入系数，多股导线取值为1.02，L为导线长度，4为导线横截面面积。假设材料性质不随环境的变化而改变，根据（5）式可以看出电阻的变化与线长成正比，经计算分布电阻的值约为2.3信道传输模型的建立本文根据放线过程中的各参数的变化规律，建立了简化的信道电路模型如所示。其中Lt，Cmt，吣分别是水上线轴的电路参数，其中Li到L为放出的平行线电感量，Ri到R为放出的平行导线的分布电阻，Cmi到Cm为放出的平行线的分布电容，C到Cd为平行传输线对地电容，Cm.，L.，R.为水下线轴的电参数。由于传输线为双股漆包线，缠绕方式、所处环境等影响因素完全相同，所以电路模型上下对称，参数数值相等。

　　=cos（wt）u（t），经拉普拉斯变换后表示为根据的信道简化电路模型图，将负载端选用1MQ的采样电阻Rm，输入信号的方程为为了方便计算和分析，根据2.1和2.2节的结论，可以得出中线轴的电抗特性主要为感性，只考虑Lt，沁和厶。，沁对信号的影响，放出的平行线的电抗特性主要为容性，只考虑1到Cm以及Ri到R对信号的影响，由于平行传输线对地电容数值很小，主要是pF级，基本可以忽略。设L为Li和L.的串联的和，R为和R.以及Ri到R串联的和，C为Cmi，Cm.，Cmi到Cm并联的和，则函数的传递方程为3变参数信道数据传输性能分析3.1 500m深信道静态阻抗对传输相位的影响目前在大深度测量过程中，为了提高数据传输的稳定性和质量，减少数据传输的误码率，通信过程中数据的传输采用调相编码与解调方式，分析信道阻抗动态变化对数据传输相位的影响具有重要的意义。而大量。可以看出，固定0.3H的缠绕电感，当分布电容较小时，基本可以忽略相位延时，所以，分布电容是引起相位失真的主要因素，当频率较大时，相位衰减趋近一个恒定值。但在5kHz以下传输频率随着分布电容加大，相位变化速率逐渐加快。固定80nF的平行电容，缠绕电感值较小时，依然会出现相位延时，与平行电容对相位延时的影响效果类似，当频率较大时，相位衰减趋近一个恒定值，但传输频率为5kHz以下时随着缠绕电感的加大，相位变化速率逐渐加快。

　　目前投弃式仪器的主要传输频率在0 kHz传输频率，根据（8）式所得的简化电路传递方程，在固定频率下，分别固定分布电容与螺旋电感参数，进一步探究分布电容和缠绕电感参数对信号相位的影响，结果如所示。

　　kHz的传输频率下，固定缠绕电感，在分布电容增大的过程中，相位急剧衰减。随着电容的增大，相位衰减逐渐平缓，大相位衰减为180°。前期衰减过程剧烈程度与固定的分布电容值成正比，与分布电容对相位的影响相似，固定分布电容的值随着缠绕电感增大，信号相位延时变化逐渐平缓。固定的分布电容值越大，前期衰减过程越剧烈。

　　3.22000m信道动态阻抗对传输相位的影响由于目前大深度测量的范围在2000 m内，因此分析2000m深度范围内动态阻抗信道对信号相位失真的影响具有重要意义。根据已有的缠绕电感（L）、分布电容（C）、2000 m分布电阻的值（4.5说）。以及放线长度的变换规律，基于简化的信道传输模型传输函数，分析总线长为2000m的传输线路在1―2000 m的幅值增益和相位失真变化过程。部分数据列于表1，变化结果如所示。

　　频率/Hz U/看频率/Hz U/看H缠绕电感F相位延时曲线；频率/Hz相位延时曲线；（b）H缠绕电感下8n电路参数和传输频率对信号相位的影响（a）80nF平行电容下1pH延时曲线下8pF相位延时曲线；（c）80nF平行电容下0.04H相位延时曲线；（d）0.3（e）80nF平行电容下0.3H相位延时曲线；（f）0.3H缠绕电感下0.2，相位名缠绕电感/H分布电容/10-7分布电容及螺旋电感对信号相位的影响（a）1kHz传输频率80nF分布电容时缠绕电感与相位衰减关系；（b）1kHz传输频率0.25H缠绕电感时分布电容与相位衰减关系；（c）1kHz传输频率200nF分布电容时缠绕电感与相位衰减关系；（d）1kHz传输频率1 H缠绕电感时分布电容与相位衰减关系表1幅值增益和相位失真变化数据表放线长度/m等效电感/H分布电容/F 1kHz增益5kHz增益5kHz相位八。）可以看出放线初期，由于线轴没有展开，传输电路中具有16H左右的缠绕电感。根据之前的分析，缠绕电感较大，幅值衰减迅速，相位失真为一169.24.。随着放线的过程，线圈打开，缠绕电感减小，分布电容加大，在放线1m的过程中，缠绕电感从16.41H减小到12.30H，分布电容从3.98x10-9增至4.06 x10-6，1kHz传输频率下幅值增益由0.88严重衰减至6.2 x10-4；5kHz传输频率下幅值增益由0.02衰减至2.08 x10-5.根据3.2节的分析，分布电容和缠绕电感对相位的影响作用基本相同，同时，缠绕电感减小量不大，所以1kHz传输频率下相位延时保持在173.，5 kHz传输频率下相位延时保持在177.一179.之间。继续放线，由于线圈层数减小，电感作用减小，缠绕电感快速下降，而分布电容数增值稳定上涨，因此相位延时逐渐减小，在放线1800m左右，此效应更加明显。对比1和5 kHz传输频率增益和相位随放线长度变化的规律可以看出，低频传输信号增益较大，但是放线后期由于缠绕电感和分布电容数值增加速率不同步，导致相位失真不恒定的情况较明显。反之，高频传输状态下，相位失真波动较小，但是信号幅值增益较小。

　　放线长度/m放线长度/m放线长度/m m传输线放线过程信号幅值增益和相位失真变化（a）1kHz传输频率2000m水下线轴幅值增益；m水下线轴幅值增益；（c）1kHz传输频率2000m水下线轴相位延时；（d）5kHz传输频m水下线轴相位延时4结论通过本文分析可知，投弃式深海测量仪器信号传输在放线初期会出现明显的幅值衰减，之后幅值衰减相对稳定，采用ASK调制方式，通过一定的滤波和放大电路即可解决信道动态变化给信号造成的幅值衰减。但是由于ASK调制的抗干扰性能较差，要考虑如何缓解海水复杂的电磁干扰环境对信号的影响；由于电容变化和放线长度成正比，而电感变化与放线长度的平方成反比，两参数变化速率不同步，导致在放线后期无法保证信道对信号相位延时恒定，虽然可以采用提高传输频率的方式缓解这一非线性变化，但是这一问题还无法根除。所以如果采用类似DPSK的这类针对相位的调制方法，虽然其有良好的抗干扰能力，但是如何解决相位延时非线性变化的问题将成为该技术的关键。

　　根据信道电容和电感参数随放线动态变化的公式，分析信道在放线状态下对信号幅值和相位的影响，可以更好地了解XCTD工作状态下信道对信号传输性能的影响，进一步指导XCTD测量系统的电路设计，提高测量数据的精度和信号传输的稳定性。