穿透地层的矿井地下无线通信系统设计方案探析解析
矿井透地扩频通信系统方案的设计与仿真
矿井透地扩频通信系统方案的设计与仿真摘要：低频矿井透地通信系统被认为是最可靠的生产和应急通信手段。
然而由于一些技术难题的存在，使得对该系统的研究和开发受到一定的限制。
本文在此背景下研究矿井透地通信系统，在分析和总结了矿井透地通信信道的传输特性的基础上，建立了其SystemView仿真模型;针对矿井通信的困难，首次提出了一种采用扩频技术、可数字化实现的矿井透地通信系统方案;并对该方案进行了理论分析及总体仿真，仿真结果及误码率分析表明了系统设计方案的可行性和有效性，为系统的设计奠定了基础。
关键字:透地通信;扩频技术;SystemView仿真The Mine Expands and Communicates the Design and Emulation of the Systematic Scheme Frequently Completely Abstract: Low frequency mine communication system considered to be the thing most reliable production and meet an urgent need the communication means completely. But because of some technological existence of difficult problem, is it receive certain restriction to research and development of system this to make. This text study mine communication system completely under background this, in analyse and summarize mine completely at the transmission foundation of characteristic , communication of channel, have set up its SystemView artificial model; To difficulty , mine of communication , put forward one is it expand technology frequently , can digitize mine communication systematic scheme completely that realize to adopt for the first time; And carry on theory analyse and overall emulation to scheme this, artificial result and yards of rate is it indicate systematic feasibility and validity of design plan to analyse by mistake, have established the foundation for the systematic design.Key words:Through-the-Earth communication; Spread-Spectrum Technology; SystemView emulation1引言建立完善的矿井及相关行业(军事、隧道等)移动通信系统对于提高现代矿井自动化程度，提高劳动生产率，加强安全防护等有着非常重要的意义。
WIFI矿用无线通讯系统
第二章 WIFI矿用无线通讯系统一、综述针对矿区信息化建设需求，我公司根据多项技术对比论证结果，以及现场实地勘察，研制了基于统一标准的工业以太网结构的通讯系统。
本系统以光纤有线网络为骨干，以无线网络为延伸，在井下设立若干基站，通过无线通信手段，从而实现生产调度管理及信息交流等功能。
并为实现位置监测与管理、数字化视频监控以及各种井下传感器数据的统一采集与综合处理，提供了一个共用的平台，为实现语音、定位、视频、数据的多网合一，以及生产调度、应急救援、安全监控与督察提供了良好的应用基础。
1 目的利用无线通讯手段，实现井下手机之间以及与地面各类终端，包括办公电话、手机、小灵通等之间的通信需求。
在实现基本语音业务的同时，为视频、数据及其它可拓展业务提供可复用平台，极大提高工作效率，改善生产安全环境，真正的实现一次性投资多种应用同时实现。
2设计原则根据煤矿的现场实际情况，对整个煤矿工业以太网络进行全面规划，总体设计以高新技术为主，本着“力求保证系统先进、实用、安全、可靠、经济、易扩展、易维护和高性价比”的原则。
2.1 先进性充分考虑电子信息技术的突飞猛进发展趋势，采用国内外成熟的技术，起点要高，在技术上具有一定的超前性，保证通讯、调度、监控系统建立在同一个先进的网络化平台上，智能化程度高。
2.2 实用性以实用为主，在工程设计和实现的过程中，始终要把使用单位的实际需求放在首位，做到灵活、好用。
充分分析通讯、调度、视频监控系统的需求及使用环境情况，采用优质设备，满足安防要求，保证操作方便耐久实用。
2.3 扩展性系统可集中管理、监控，分散控制，总体结构具有较强兼容性和可扩展性，既便于系统的充实、完善、改进和提高，又便于设备的更新、换代。
2.4 经济性系统优化设计，子系统具有标准化、模块化，在实现先进性和保证可靠性的前提下，达到较优的性能价格比；二、系统特点及优势本系统是专门针对煤炭行业矿区通信现状及固有特点而设计的一套完整的集成通讯、调度、监控一体化系统。
基于WiFi技术的煤矿井下通讯系统的设计
基于WiFi技术的煤矿井下通讯系统的设计石发强【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2013(000)004【摘要】根据煤矿安全生产的需要，设计了一种基于WiFi技术的煤矿井下无线通讯系统。
该系统井下部分包括人员定位、无线通讯、视频采集、语音通话、环境参数监测、分站等设备，地面部分包括主机、交换机、服务器、网关等，以无线WiFi通讯AP为节点，可实现井下定位、VOIP语音、无线移动数字视频、传感器监测等功能的一体化。
试验结果表明，该系统结构简单、运行稳定、抗干扰能力强、可靠性高。
%A coal mine communication system based on WiFi technology was designed according to the needs of safe production in the mine. The underground facilities of the system include the personnel positioning system,wireless communication, video collection,voice call, environmental parameter monitoring and substation, its ground facilities include the host, switches, servers,gateways, etc. The system took the wireless WiFi AP asthe nodes and can realize the integration of underground positioning,VOIP voice,wireless mobile digital video,sensors monitoring and so on. The test results showed that the system has the features of simple structure,stable operation,strong anti-interference ability and high reliability.【总页数】3页(P50-52)【作者】石发强【作者单位】中煤科工集团重庆研究院，重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD76;TN926【相关文献】1.基于wifi的煤矿井下通讯方案的设计 [J], 王晋生2.基于WiFi技术的即时通讯系统设计 [J], 杨万里; 祝真滨; 孟丹; 王博3.基于WiFi技术的煤矿井下应急救援无线通信系统设计 [J], 魏翠英4.基于WiFi技术的煤矿井下安全监控系统的设计研究 [J], 董晓亮5.基于WiFi技术的煤矿井下应急救援无线通信系统设计分析 [J], 王智因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高可靠性井工矿5G专网无线方案
高可靠性井工矿5G专网无线方案高可靠性井工矿5G专网无线方案随着工矿行业的发展，对于井工矿通信的要求越来越高。
高可靠性井工矿5G专网无线方案应运而生，为解决井工矿通信中的安全性、可靠性等问题提供了一种创新的解决方案。
下面将逐步介绍高可靠性井工矿5G专网无线方案的具体步骤。
第一步：需求分析在设计高可靠性井工矿5G专网无线方案之前，需要对井工矿通信的需求进行详细的分析。
包括通信范围、通信密度、通信可靠性等方面的要求。
通过深入了解用户需求，可以更好地设计出符合实际需求的方案。
第二步：网络规划根据需求分析的结果，进行网络规划。
包括确定基站的布局、覆盖范围以及信号强度等参数。
在井工矿场景中，由于存在复杂的地质条件和狭窄的工作空间，网络规划需要考虑到这些特殊情况，确保信号的稳定传输。
第三步：频谱规划根据网络规划的结果，进行频谱规划。
由于井工矿通信需要保证高可靠性，频谱的规划尤为重要。
通过合理分配频谱资源，避免信号干扰以及频谱浪费，提高通信质量和可靠性。
第四步：设备选型根据网络规划和频谱规划的结果，进行设备选型。
选择具备高可靠性、高带宽和低延迟特性的设备，以满足井工矿通信的需求。
同时，还需要考虑设备的适应性和稳定性，以应对复杂的工矿环境。
第五步：系统部署选定设备后，进行系统部署。
根据网络规划的结果，按照一定的布局标准进行设备安装和调试。
确保设备能够正常工作，并保证信号的稳定传输。
第六步：安全保障在高可靠性井工矿5G专网无线方案中，安全是一个重要的考虑因素。
需要采用各种措施，保障井工矿通信的安全性。
比如加密技术、访问控制等，防止信息泄露和非法入侵。
第七步：监测和维护一旦系统部署完成，需要进行监测和维护工作。
及时发现并解决潜在问题，确保系统的正常运行。
同时，定期进行系统的检查和更新，保持系统的可靠性和安全性。
综上所述，高可靠性井工矿5G专网无线方案是一个综合考虑多个因素的复杂系统。
通过需求分析、网络规划、频谱规划、设备选型、系统部署、安全保障以及监测和维护等步骤，可以设计出满足井工矿通信需求的高可靠性方案，提升通信质量和可靠性，为井工矿行业的发展提供有力支持。
天地矿KT2C无线通讯系统方案02)
天地矿KT2C无线通讯系统方案02）一、项目背景矿山深处，环境复杂，通讯一直是老大难问题。
传统的有线通讯设备不仅安装成本高，而且在使用过程中容易受到矿下恶劣环境的损害，导致通讯中断。
因此，开发一款适合矿山环境的无线通讯系统，成为了当务之急。
二、系统设计1.天地矿KT2C无线通讯系统的核心是采用最新的无线通信技术，结合矿山环境特点，实现稳定、高效的通讯。
（1）基站：负责无线信号的发射和接收，保证通讯的稳定性和可靠性。
（2）终端设备：包括矿工手机、调度台等，实现矿工与地面调度中心的实时通讯。
（3）传输设备：采用光纤或无线传输技术，实现基站与地面调度中心的信号传输。
（1）抗干扰能力强：采用跳频技术，有效抵抗矿下电磁干扰。
（2）覆盖范围广：基站采用多天线技术，实现矿下全面覆盖。
（3）低功耗：终端设备采用节能设计，延长电池续航时间。
三、实施方案1.进行现场勘查，了解矿下环境，确定基站和终端设备的安装位置。
2.根据现场情况，设计无线通讯网络拓扑结构，确保信号传输的稳定性和可靠性。
3.安装基站和终端设备，进行调试，确保系统正常运行。
4.培训矿工和调度人员，提高他们的操作技能。
5.系统投入运行后，定期进行维护和检修，确保系统稳定运行。
四、效益分析1.采用天地矿KT2C无线通讯系统，可大大降低矿山通讯成本，提高通讯效率。
3.系统易于扩展，为矿山智能化发展提供有力支持。
4.提高矿山管理效率，促进矿山信息化建设。
五、项目进度安排1.项目启动：2023年1月2.现场勘查：2023年2月3.设计方案：2023年3月4.设备安装与调试：2023年4月5.培训与试运行：2023年5月6.正式运行：2023年6月7.后期维护与优化：2023年7月至2024年6月要注意的事项嘛，那可多了去了，每一项都得细心考虑，不能有半点马虎。
是基站选址问题，这可是个大头疼。
1.基站选址：矿山地形复杂，选错了地方，信号覆盖不全面，那可就白费劲了。
例析矿用3G无线通信系统的应用设计
例析矿用3G无线通信系统的应用设计随着国家对煤矿安全生产的日益重视以及各煤矿企业提高生产效率增强企业竞争力的需求日益强烈，煤矿对通信的安全性、便捷性、可靠性、实用性的需求日益强烈。
通过与中国电信合作，將CDMA2000移动通信技术应用于井下，推出了系列化的煤矿移动通信系统。
这样不但为矿山企业井下信息化通信提供高效的可行性方案，同时能够为运营商增加3G用户。
由于增加了井上的无线覆盖，也提高了该矿区井上办公区域以及生活区域的3G服务质量，为运营商进一步增加用户提供了可能性。
1 矿井无线通信介绍1.1 矿井无线通信定位无线通信是有线通信的补充，实现移动监控巡查、应急调度等应用。
有线调度电话是矿井工作调度的标配设备，在巷道和工作面都必须配置。
矿井移动通信系统的通信范围一般限于矿井及井上矿区，无直接和运营商互通的需求，一般通过程控交换实现网外电话的互通。
1.2 矿井无线通信产品的比较基于军用的CDMA技术，其容量大、抗干扰强是其显著特点，相对其他技术在安全性、数据带宽有着天然的优势，提供业界第一的CDMA产品，不仅提供高质量的语音数据服务，也提供极具特色的专业集群指挥调度服务。
2 CDMA2000矿用通信系统架构2.1 整体概述随着国家对煤矿安全生产的日益重视以及各煤矿企业提高生产效率增强企业竞争力的需求日益强烈，煤矿对通信的安全性、便捷性、可靠性、实用性的需求日益强烈。
通过与中国电信合作，CDMA2000移动通信技术应用于井下，推出了系列化的煤矿移动通信系统。
这样不但为矿山企业井下信息化通信提供高效的可行性方案，同时能够为运营商增加3G用户。
由于增加了井上的无线覆盖，也提高了该矿区井上办公区域以及生活区域的3G服务质量，为运营商进一步增加用户提供了可能性。
通过煤矿CDMA2000移动通讯系统实现井上、井下移动终端之间，移动终端与调度，移动终端与外线之间的相互通信。
设计范围内能无缝覆盖，系统覆盖范围内各种信号传输正常，语音清晰，无掉话、断续现象。
井下通信方案
井下通信方案概述:井下通信是指在采矿、隧道施工等地下工作场所中，为了实现人员与人员之间、人员与设备之间的通信而设计的一种通信方案。
它在保证工作人员的安全和有效沟通的基础上，提高了工作效率和工作质量。
一、需求分析在井下工作中，人员面临着各种风险，如地质灾害、有害气体泄漏等，因此建立一套可靠的井下通信系统显得尤为重要。
针对井下通信的需求分析，我们需要考虑以下几个方面:1.1 实时通信需求井下工作人员需要及时了解工作指令、安全预警等信息，同时也需要能够即时与其他队员和指挥中心进行有效的沟通和协调。
1.2 环境适应性地下工作环境复杂多变，通信系统需要具备良好的适应性，能够稳定运行在高温、低温、湿度等恶劣条件下。
1.3 语音质量和可靠性井下工作中，语音质量的清晰度对于信息的准确传达至关重要。
通信系统需要提供高质量的语音传输，同时还要保证通信线路的可靠性。
二、技术解决方案2.1 无线通信技术在井下工作环境中，传统的有线通信设备往往受到限制，因此采用无线通信技术是一种较好的选择。
目前主流的井下无线通信技术有以下几种:2.1.1 WiFi技术通过在井下工作区域覆盖WiFi信号，工作人员可以使用WiFi手机或对讲机进行通信。
WiFi技术具有较高的通信带宽和稳定性，适用于近距离、小范围的通信需求。
2.1.2 蓝牙技术蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，适用于井下工作中的人员之间的近距离通信。
通过携带蓝牙耳机或对讲机，工作人员可以进行语音通话，实现便捷的沟通。
2.1.3 ZigBee技术ZigBee技术是一种低功耗、低速率的无线通信技术，适用于井下工作中苛刻的环境。
它具备较高的抗干扰能力和稳定性，适用于地下矿井等恶劣环境下的通信需求。
2.2 定位技术在井下工作中，人员的定位也是一个重要的问题。
采用定位技术可以方便进行人员追踪和事故救援。
2.2.1 GPS定位通过在井下工作区域安装GPS接收器，可以实现工作人员的准确定位。
矿用无线通信系统探讨
矿用无线通信系统探讨随着无线通信技术的发展与普及，大中型矿山企业逐步采用以小灵通或者ＷｉＦｉ为主的无线通信调度系统。
因为小灵通和ＷｉＦｉ无线通信调度系统以语音业务为主，缺少宽带数据和智能业务，所以矿用３Ｇ无线通信成为煤炭行业的发展趋势［１］。
矿用３Ｇ无线通信系统主要由３Ｇ核心网、语音调度交换机、传输网络、矿用无线基站、本安手机等组成。
井下基站主要采用定向天线覆盖，网络优化的优势在定向覆盖中并不明显。
地面基站一般采用与运营商同等电信级的技术和覆盖方式。
针对大型矿区地面覆盖和通信质量的要求对３Ｇ网络进行优化，可改善接通率、掉话率等关键指标，提供更加可靠、稳定、优质的网络服务。
网络优化不仅能保证通信的质量，还能提升系统的整体运行速度，在遇到紧急问题时提供稳定的通信环境。
本文以某大型矿井无线通信系统为例，阐述３Ｇ网络优化技术在矿用无线通信系统中的应用。
１网络覆盖问题分析及优化思路不合理的小区覆盖会给网络带来诸多实际问题，如覆盖盲区和导频污染［３］。
覆盖盲区：网络不连续覆盖，局部区域服务品质差，无法保证服务的完整性。
导频污染：５ｄＢ的窗口内存有３～４个小区重复覆盖情况，即满足软切换门限的导频信号受限于软切换集容量而无法进入软切换状态，从而形成导频干扰。
导频污染会降低下行覆盖的信号质量，无法保证服务的完整性，造成系统资源的浪费。
优化思路：确定并增强主控小区覆盖；减弱非主控小区覆盖。
主要措施：优化天线的物理参数，如天线方位角、俯仰角、天线挂高等；调整导频功率。
２网络优化方案２．１某矿区地面基站覆盖情况按地面覆盖要求，矿区共设置５台地面大基站，井下基站暂定为２０台，后期根据井下掘进及工作面情况，可直接增加基站，无需增加地面核心设备。
地面基站覆盖情况如图１所示。
关闭中心站以后，对覆盖区的路线进行测试，发现网络中存有的覆盖相关问题主要在图１中圈出的地区发生。
弥补覆盖空洞的思路是找出主覆盖。
从图１可以看出，可为该区域提供覆盖的小区是Ｆ０２３０，Ｆ０２２９或Ｆ００９８。
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α第 31卷第 1期太原理工大学学报 V o l 131 N o 11 2000年 1月 JOU RNAL O F TA IYUAN UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY Jan . 2000文章编号 :100729432(2000 0120039205穿透地层的矿井地下无线通信系统设计方案探析陶晋宜(摘要 :,术 , 。
关键词 :电导率 ; ; ; 本质安全:85017文献标识码 :A穿透地层的通讯属于无线通讯 , 但与我们常见的地面电视、广播、手持电话机的无线信号传送不同。
在地面 , 电磁波传播是以空气为通讯媒质 , 它几乎没有损耗 , 并且电磁波的频率可选在高频段 , 因而其辐射效率高 , 天线物理尺寸短 , 体积小。
穿透地层通讯电磁波要在损耗较大的煤层及岩石层中传播 , 煤层及岩石属半导电煤质。
从电磁波在半导电媒质中衰减常数Β的表达式Β=f , (1 及集肤深度∆表达式∆ =f. (2 其中 f 为电磁波的频率, Λ为媒质的磁导率 (与空气中的磁导率4Π×10-7H m 基本相等, Ρ为媒质的电导率。
可知 :电磁波在半导电媒质中的穿透能力与电磁波的频率 f 及媒质的电导率Ρ有关。
电磁波的频率越高 , 衰减越严重 , 传播距离越短。
矿井的地质条件不同 , 导致其电导率Ρ的不同。
从而使得其穿透效果也不同。
因此电磁波的工作频率必须选在音频 (V F 013k -3k 和甚低频 (VL F 3k — 30kH z 才能有一定的穿透能力。
另外 , 穿透地层的通讯设备工作在煤矿井下 , 必须符合矿井安全操作规程 , 要具备防爆性能和防水、防尘能力 , 发送功率不能很大 , 这样就限制了通信距离 , 只能在技术许可的范围。
1天线的设计要想实现穿透地层的无线电可靠通信 , 有赖于在给定的信号传输条件下 , 选择一个最佳的发射和接收天线装置。
在矿井低频无线信道中 , 一般是利用电磁波的近区到中间区的场实现信号传输。
当天线装置的经典计算推广到半导电媒质时 , 会导致对天线装置效能估计的非单值性。
这是由于天线的效率、方向系数或增益等电参数均和岩层的电导率Ρ有关。
在矿井穿透地层的无线电通讯中 , 由于不同地区地质构造的不同 , 电磁波穿透的地层各层的电导率Ρ及厚度都不尽相同。
电磁波在每一层的传递中 , 都会发生不同程度的衰减、折射、反射。
111本设计穿透区的地质构造简介本设计选择的穿透地点 , 岩层的大概分布如图 1所示 .为了设计方便 , 计算出穿透区的等效电导率Ρ, 将穿透区的电参数简化为电导率为Ρ的均匀媒质的电磁波穿透模式。
等效电导率Ρ的计算表达式为 : =d∑ nn =1Ρn d n . (3 式中 :d 为煤层与岩层的总厚度, Ρn 为第 n 岩层的电导率 , dn 为第 n 岩层的厚度。
选择穿透电磁波的发射点位于地面下 304m 的 A 点 , 平均电导率约为 1177×10-2S m .α作者简介 :陶晋宜 , 女 , 1963年 5月生 , 硕士 , 讲师 , 研究方向 :煤矿地下无线通信 , 太原 , 030024收稿日期 :1999206229图 1穿透地点岩层的大概分布112天线型式的选择在本设计中 , 天线采用水平放置终端短路单极天线。
天线上的电流是按照有耗长线的规律分布的。
当天线较短时 , 若用终端开路形式 , 电流沿线成三角形分布 , 天线的有效长度只有实际长度的一半 , 辐射将会减弱 , 输入阻抗呈现很大的容抗 , 需在天线回路中串入很大的电感才能调谐。
串入大电感将引起较大的损耗 , 从而使得整个系统的效率降低 , 对于大功率的发射装置还容易引起过压。
若天线采用终端短路形式 , 则电流沿线分布比较均匀 , 幅射能力增强 , 而且输入阻抗的电抗布分为小感抗 , 容易和发送装置匹配。
此外 , 采用终端短路的单极天线 , 只要终端可靠接地 , 电长度可提高一倍。
本设计发送天线的安装示意如图 2所示。
图 2发送天线的安装示意图使用终端短路单极天线 , 需要安装良好的接地极。
比较简单的方法就是用一根金属棒砸入地下一定深度 , 其接地等效电阻 R g 为 :R g =2ΠΡlln a -1.(4 l 为埋入地下的深度 , a 为金属棒的半径, Ρ为平均电导率。
在本课题中 , 选择金属棒直径为 26mm 01177×10-2S m , g 83所示。
图 3所用天线的架设方式及使用环境电磁波在半导电媒质中传播时 , 波长缩短 , 对本设计而言 , 其缩短系数为Ν=Κ=1+4ΞΕ≈ 40. 波长Κ=Κ0 Ν=1506m , 其中Κ0为自由空间的波长。
本设计中分别选择 100m 长的终端短路单极天线作发射接收天线 , 天线长度满足l <Κ, 因此 , 可以将天线视作水平电偶极子。
根据本设计的天线安装方式 , 建立坐标系如图 4所示。
当电磁波从发射天线向上传播时 , 由于天线电长度非常小 , 可近似为准球面波。
对本设计而言 ,穿透岩层衰减因子 :A th =010036; 折射因子 :A re =0102.考虑到电波穿透地层时有穿透衰减 , 越过大地 2空气界面时发生折射 ,在地面上 M 点收到的电磁场的场强为 :E Η=4Πr 3e -jkr(1-j k r -k 2r co s Η AthAre. (54太原理工大学学报第 31卷图Η是发射天线与 B 的端点 A 与接收天线 M N 的端点 M 的矢径与 Z 轴的夹角 , I 是发射天线中的电流幅值 , l 为天线的长度。
当 M 和 A 在同一条直线 , 即Η=0°, E Η=E z m ax , 得出发射天线所需的最少发射电流为 :I m in =22Πl 2A th A ree (6V MN 是接收天线 M N 的信号电压 , l 为 M N 的长度 , 取 M N =A B =L .本设计中Ρ=1177×10-2S m , r =304m , f =4980H z ; 接收机的灵敏度 V MN=2ΛV ,L =100m , Κ=1504m .求得所需的最少发射电流为 I m in =77mA .2发送机的设计发送的信号来自 KJ 38监控系统分站的输出信号。
该分站的输出信号采用调频载波模式 , 其中载波频率 f 为 420~9780H z , 每隔 120H z 一个频道 , 共设计 52个。
信号频率 f 为 5~15H z 的方波。
对用于煤矿井下的电气设备 , 设计时必须符合煤矿安全规程的要求 , 应采取隔爆形式或本质安全形式。
本设计中 , 采用本质安全设计。
在多种调制方式中 , 采用单边带调制。
因为产生相同的信号强度 , 单边带发射机所消耗的功率比普通调制方式少许多。
尤其在无调制信号等待时间内 , 单边带发射击机的功放级的静态电流很小 , 这大大减小了电源消耗 , 对本安电路的设计很有利。
单边带的另一个优点是 :工作频率减少一半 , 有利于提高抗干扰能力。
方波的频谱是一直延伸到无穷大的 , 但其主要成份还是集中在基波范围内。
所以只需 45H z 的带宽就基本能满足本设计的需要。
发送机的原理如图 5所示。
从上节计算中可知 , 在发射天线上的电流应大于 77mA , 才能使地面可靠接收。
功放的最大输出功率为 5W , 最大输出电流应为 167mA . 这就需要匹配耦合线圈的次级输出为 20V , 才能保证发射天线上的电流在 77~167mA , 即可满足可靠接收。
:KJ 38 , 。
如本例 f =4098H z . 应用多路传输 , 建议原系统更改 FDM 为TDM , 此处不再赘述。
3接收机的设计接收天线采用和发射天线相同的电性天线。
接收机的原理如图 6所示。
当天线收到来自井下的信号后 , 经高阻输入电路后 , 加到预放大电路进行放大。
该放大电路是由结型场效应管组成的。
结型场效应管有输入阻抗高的特点 , 只要有电压变化而基本上不必供给电流 , 就能很好地起到放大作用。
输入端的输入阻抗很高 , 可以保证接收天线收到的弱信号在功耗尽可能小的情况下 , 可靠放大。
经预放电路放大的信号 , 加到一个双路消噪电路 , 这个信号送进上下两个通道上。
进入上通道的信号经过交流放大后 , 再经过一个中心频率为 f 0= 4980H z 的滤波器 , 输出一个载波加信号再加噪声的信号。
这个信号通过正向检波积分器后 , 输出一个较大的负极性电压。
它包括两部分 :一部分是正弦的检波积分输出 , 即5~15H z 的信号。
另一部分是在频带中的噪声的检波输出。
因为噪声是随机的 , 这一部分也是随机的。
进入下一通道的信号经过交流放大后 , 再经过一个中心频率为 f 0=4980H z 的陷波滤波器。
于是载波信号被滤掉 , 仅有噪声输出。
经负向检波器积分后 , 输出一个上下起伏的电压。
上下两个通道的输出 , 同时送给一个加法器 , 在这里正极性的噪声电平抵消了一部分噪声 , 因而信号的信噪比得到了提高。
加法器之后增加了一个门限电路 , 这是考虑到随机噪声使加法器的输出电压起伏不定 , 有时会有高的噪声电压输出 , 但只要不超过门限电路的门限 , 就不会造成误计数。
该门限电路做成可调的 , 可以根据不同的噪声情况加以调整。
14第 1期陶晋宜等 :穿透地层的矿井地下无线通信系统设计方案探析4穿透地层矿井通信系统的设计方案综上所述 , 得出穿透地层矿井通信系统的总体如图 7所示。
图 5图 6接收原理框图图7穿透地层矿井通信系统的总体框图由于本系统是用于煤矿这一特定区域 , 所以在设计中重点在天线形式的选择、发送信号的调制方式、提高接收信噪比等方面进行考虑。
a 1经分析对比 , 天线选择终端短路单极天线 ;b 1在发送机的设计中 , 考虑到煤矿井下安全的特定要求 , 要在信号发送功率一定 , 在工作效率和穿透距离之间寻找一个最佳工作点。
c 1在接收机的设计中 , 采用了弱信号接收技术 , 使信噪比有了大大的提高。
这正是本论题的核心所在。
实际应用中 , 还应在接地方式 :天线与发送机、接收机的耦合方式 ; 阻抗匹配 , 及干扰频段分布等方面加以注意。
随着煤炭工业的进一步发展 , 对煤矿生产的安全性的要求越来越高 , 为了可靠地对井下状况进行实时监控 , 并确保矿井上下之间的通信联系 , 世界各国包括我国大多使用有线媒质来进行数据传输或通信。
但从更适用、更灵活的角度考虑 , 用无线通道来进行井上下之间的信息传递 , 必然会成为今后的发展方向之一。
参考文献[1]陶晋宜 . 穿透地层矿井无线通信的研究 [D ]. 太原 :山西矿业学院 , 1997.[2]陶晋宜 . 甚低频电磁波穿透地层矿井通信系统天线装置的研究 [J ]. 太原理工大学学报 , 1999, 30(2 :139~143. [3] (苏奥戈罗德涅丘克著 . 吴荣光 , 虞梦先译 . 矿井低频无线通讯 [M ]. 北京 :煤矿工业出版 , 1981. 64~126; 172~191.[4]戴逸松 . 微弱信号检测方法及仪器 [M ]. 北京 :国防工业出版社 , 1994. 120~150; 270~280.(下转第 52页图 3原始语音信号及其相应的 8阶小波系数这一算法的步骤如下 :a 1计算信号的 8阶小波系数 w d 28f ;b 1寻找 w d 28f 的极值点。