几种透地通信技术的分析与对比

主要分析了天线磁感应方式、地电极电流场方式以及弹性波方式3种矿山透地通信技术的工作机理、技术特点以及受分层大地介质信道的影响情况,对比了它们的传输衰减、发送设备体积、发射功率以及能量效率等功能参数,最后得出了结论:3种透地通信方式都工作在低频波段,天线磁感应方式和地电极方式的传输衰减较之弹性波方式的要小,而弹性波方式和地电极方式所需的发送设备体积比天线磁感应方式的要小;地电极电流场方式能量效率比其它天线磁感应和弹性波方式要高;弹性波方式透地通信受地层力学特性影响太大,尤其是松散介质层.     

一种基于三轴正交接收线圈的磁感应透地通信方案

为提高磁感应透地通信系统的灵活性和覆盖范围,提出了一种新型透地通信方案,该方案采用单轴空气线圈作为地面发射机天线,用3个相同参数的空气线圈作为接收机天线。首先,对通信信号进行空间分集接收,使通信系统的井下接收机能够以任意姿态地摆放于巷道之中,并能实现更广范围的信号覆盖;其次,为消除因接收线圈间近场耦合作用而产生的信号干扰,将接收机3个天线设置成共用1个圆心且两两相互正交的空间结构;最后,以远距离通信场景下收发线圈间的弱耦合情况为依据,建立一套与接收方案相对应的等效电路模型,并搭建仿真实验平台,分析提出的方案的通信性能。研究结果表明：三轴正交磁感应透地通信接收方案的信号接收强度可达到同等通信距离下理想信号强度的57.7%以上,接收功率可达到最优接收功率的33.33%以上。本文提出的方案解决了单轴线圈接收方案中的通信盲区问题,且有效提高了远距离磁感应透地通信系统的覆盖范围和对应急救援场景的适应性。     

水下极板电场通信传输模型研究

针对目前水下到水上跨介质数据传输过程中存在的问题,提出水下部分利用电流场在接收端形成感应电势差完成数据传输。采用有限元仿真水下极板电场通信系统在信号传输时电场的分布情况,通过改变信号频率,极板大小,电导率,介电常数,通信距离及接收端间距等参数,分析对信号传输产生的影响,得到了系统最佳接收间距模型,拟合出最佳接收间距计算公式并进行实验验证,为极板电场通信系统的设计及优化提供参考。     

钻孔地质雷达天线收发信号数值模拟

为了解决钻孔地质雷达数值模拟中天线长度的影响,通过理论推导和数值计算研究天线中电流于电压的相互转换。对于发射的信号,首先根据激发的电压与的卷积得到天线中电流的分布,从而得到计算区域的电场;对于接收信号接收天线处的电场与卷积得到该无限小的天线电流强度,然后根据天线长度对其进行积分得到天线总电流的大小,与接收天线的负载电阻相乘即可得到该时刻接收到的电压大小。结果表明:接收信号波形与发射信号波形基本相同。证明了在考虑天线长度的前提下,根据文中算法得到的收发信号表达式是准确的。     

水下机器人集群通信系统设计及实验分析

针对水下机器人集群通信平台在实际运用中存在多普勒效应、易受水质和障碍物等影响产生误码的问题，提出一种基于弱电鱼感知机理的水下仿生电场通信系统。该系统根据仿生电流场通信原理，通过两对发射接收电极传递信号，设计了一套基于幅移键控原理的现场可编程门阵列（FPGA）数模混合电路。首先，为实现平台低功耗及小型化，模拟电路通过合理选型并进行画板制版，具体的发射电路包含幅移键控调制电路以及半桥驱动放大电路，采用低零漂高精度仪表运放提取接受电极两端电势差；其次，为了提高水下机器人集群通信距离实时变化时通信系统的稳定性，通过FPGA增益控制数字电路控制可编程放大器实现自适应倍数放大；然后，采用FPGA模数转换数字驱动电路驱动模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号；最后，通过整流滤波数字电路整流后设计幅移键控非相干解调数字电路输出二进制数据流后由串口电路传输至树莓派中进行数据处理。仿真分析了不同尺寸不同形状障碍物对水下电场通信影响，并进行水下通信实验，结果表明：在淡水中电导率为4.87×10^-4 S/cm条件下，所提出的水下电场通信系统可实现通信距离为2.4 m时误码率为0,且水下电场...     

透地通信系统研究进展

综述了国内外透地通信技术的发展过程与研究现状,介绍了最新的透地通信及其相关技术的理论和实验 研究成果,以最具代表性的国际知名透地通信产品PED系统、TeleMag系统、SWECS系统等产品为例,对透地通信系统在实际应用中的进展情况进行了阐述.指出目前透地通信系统中存在的信道容量小、抗干扰能力差、天线利l用率低等问题,展望了透地通信技术的发展趋势.     

自适应窄波束在短波对跖通信中的应用

通过在接收端引入等效对跖点,将短波对跖通信转化成了若干个等效对跖通信链路。由于对跖通信收发两点间可传播方向很多并且各方向上存在具有不同传输时延和输出功率的传输模式,导致通信信道具有很强的频率选择性衰落特性。提出在发射端采用自适应天线阵列形成窄波束的方法, 在空间上将发射能量对准主路径同时抑制其他路径信号,增强了接收信号功率及提高相干带宽。计算结果证实了该方法的有效性。     

流场拟合原理的基坑渗漏检测系统设计与实现

根据流场拟合原理设计一种新型便捷的基坑渗漏检测系统,通过理论分析和模型实验验证方案的可行性。采用开关器件MOSFET设计发射桥路,在地下连续墙两侧发射1 Hz双极性方波形成人工电场;在地下连续墙一侧,采用分布式电极切换装置和高精度模数转换芯片ADS1278以及利用Lab VIEW编写的上位机软件组成接收系统接收人工电场中的1 Hz信号;对接收到的信号进行快速傅里叶变换,提取信号1,3,5,7等奇次谐波的幅值绘制电势等位线图,根据水流场和电流场的相似可比性,通过分析电势等位线图和电流密度分析人工电场特性,从而分析水流场特性,确定基坑渗漏处的位置。研究结果表明:与其他基坑渗漏探测方法相比,该系统简单易用,功耗低,能够快速准确找到基坑渗漏处的位置。     

全双工相控阵天线收发隔离分析

雷达和通信系统在系统组成上具有较大相似性,为雷达通信一体化设计提供了可能性。根据全双工通信系统收发同时工作特点,对雷达通信系统常用相控阵天线进行收发隔离分析。提出了收发隔离设计考虑要素,结合案例给出了收发隔离详细计算过程,并推广至多通道相控阵天线收发隔离设计,可用于指导全双工相控阵天线工程设计实现。     

透地无线通信研究综述

综述了中外透地通信的发展及研究现状,介绍了几种不同透地通信方式的研究与性能情况,通过对比具有代表性的透地通信产品PED系统、Canary系统、矿用本安型无线岩体通信系统、声波透地通信系统的优缺点,阐述了透地通信系统的实际应用情况.基于其原理建立了简化的透地通信信道模型,通过三维地质建模技术、插值技术建立信道模型,并采用数值计算法研究地层中电磁场的传播特性.最后结合当前研究和应用热点,分别阐述了电磁波透地通信与磁感应透地通信存在的主要问题与相应的关键技术研究,并提出了未来的研究重点与发展趋势.     

地下金属管网电磁屏蔽计算的通用模型

为分析电力线路附近地下金属管网对通信线路的电磁屏蔽作用 ,给出了同时考虑电力线路与金属管网的感性耦合和阻性耦合作用时地下金属管网电磁屏蔽计算的通用模型。该模型基于传输线理论 ,将管线等值为有源二端口网络 ,以端口电压为未知量建立方程组 ,可求得管网的电压和电流分布 ,从而可计算金属管网对通信线路的电磁屏蔽作用。由于二端口网络参数可解析计算 ,同时未知量仅为管网分叉点和端点处的端口电压 ,因此 ,该模型具有计算规模小、计算效率高的特点。该模型对电力线路和通信线路的走廊选取与设计具有指导意义     

芦潮港-嵊泗直流工程预选极址的接地极计算和分析

以芦潮港－ 嵊泗跨海直流供电工程中的接地极为例，计算和分析了在多层介质中的直流接地极的本体溢流分布，介质中的电流密度、场强、电位的分布以及跨步电压、接地电阻和安全距离等．结果表明，沿接地极方向的值比垂直于接地极方向大．所以从管道的安全距离方面考虑，接地极沿海岸线布置较有利，而且接地极本体的端部溢流值很大，为使接地装置在整体上均匀消耗，宜按溢流倍数相应加粗．计算中应用了点匹配法、镜像法和金属管道的传输线等值模型方法，并对传输线等值模型法进行了改进．     

矿井调度移动通信系统有关问题的研究

研究了小区制矿井调度移动通信系统所涉及的有关问题。综合考虑有关因素对无线传输的影响以及矿井巷道与系统配置的实际情况确定了系统的工作频率、基站与移动台天线形式;根据系统的话务情况与特点确定了系统采用多信道共用技术以及相应的共用信道数、信道指配原则、信道指配模式、信道选取原则和系统的呼叫方式;根据井下实测初步确定了系统的小区半径以及大、中和小型矿井实现全矿井调试移动通信所须配置的小区数量。     

智能分注系统中流体波码信号的传输机理

流体波码通信用于分层注水智能监控系统,但其流体压力信号的产生与波码传输的机理一直不明。基于稳定流的流体能量方程建立流体压力信号的产生与传输过程的数学模型,研究地面电控阀及井下配水器产生的压力信号及影响因素,揭示信号在注水管中的传输机理。研究表明,地面及井下压力信号的产生来自于地面阀及井下配水器开度改变引起的流量变化,压力信号幅度受流体、输水管网、注水管或井筒参数、流体装置结构及流体控制参数的影响;信号沿注水管的传输为电控阀开度改变引起流量变化的诱导;注水管长度对地面信号的下传基本无影响,但对井下信号的上传有一定影响。数值计算表明,注水管最大流量及电控阀阻力系数的变化量对压力信号幅度的影响很大,较大的流量及阻力系数的变化量可以产生较大的信号幅度,有利于信号的传输及信号的检测与处理。该研究对于流体波码通信系统的设计与性能改善具有一定的理论指导作用。     

高原山区地形对雷暴云地面电场影响规律的数值模拟

为了在高原山区有效利用雷暴临近阶段的地面电场数据实现雷电的精准预警,搭建了典型雷暴云和基本山体模型,并结合高程数据模拟了真实高原山区地形,然后通过有限元方法研究了高原山区地形对雷暴云产生的地面电场分布特点和演变趋势的影响规律。结果表明：基本山体表面的雷暴云电场会发生畸变,畸变程度与山体形态和观测位置有一定关系;真实地形表面的雷暴云电场分布因为地貌的高低不平出现起伏波动,但整体趋势与平坦地面情况下基本一致;雷暴云临近观测点时近地电场的演变过程呈现先大幅上升再小幅下降的规律,但观测点地形特征会影响电场变化幅度。     

基于Wi-Fi与xDSL的矿井应急救援多媒体综合通信系统设计及应用

针对井下有线通信系统铺设困难和无线通信系统易受井下空间约束、带宽衰减快、传输距离短的缺点,设计了一套基于有线xDSL和无线Wi-Ei协议的多媒体综合通信系统。经过验证,该系统传输速率高,通信距离长,适合井下多种数据实时融合通信的需要,是煤矿应急救援的综合通信中重要的信息平台之一。     

特高压直流输电线路合成电场的天气影响因素及预测模型

特高压直流输电线路电离周围空气产生的离子和线路电场叠加形成合成电场,并在环境因素的作用下使得地面的合成场强发生变化。研究了天气因素对地面合成场强的影响,并提出了基于天气因素的电场预测模型。利用高压直流电场测量装置测量地面合成电场值及环境监测系统所测的天气参数,分析了风速、湿度、气压、温度、PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0与场强的相关性。利用基于树形结构Parzen估计器(tree-structured Parzen estimator, TPE)优化的CatBoost建立地面场强在天气因素下的预测模型,并基于所测数据进行模型的训练和预测。结果表明：天气因素对场强的影响权重由高到低为湿度、风速、气压、温度、PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀。通过特征排序选取前5个特征和所有特征预测所得到的均方根误差分别为0.83 kV/m和0.85 kV/m,实现了相对准确的预测。研究结果可为特高压直流输电工程环境评估提供有用的合成电场分析方法。     

基于电共振方法的磁感应通信仿真研究

为了提高磁感应通信系统的通信距离,采用电共振方法进行改进,将其简称为MIC通信,分析MIC的信道特征并与传统的磁感应通信进行对比。研究表明:电共振方法可以减小磁感应通信系统的路径损耗和误码率,进而增加传输距离;线圈的Q值和半径越大以及线圈内阻越小,信号的传输距离越远。     

双基站卫星星座设计研究

针对双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗和过顶时间要求下的通讯约束．根据卫星轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立等几个方面，对双基站卫星星座进行设计，并研究了长期执行任务的情况下，卫星轨道修正方案．该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足，充分利用空间站的优势，更有效地发挥了卫星及其星座的作用。通过仿真计算给出了双基站卫星星座与地面站和空间站的日通讯时间．从结果可以看出，所设计的双基站卫星星座可以作为我国空间站的数据中继系统。