面向钻孔救援的超宽带雷达技术研究现状与方向

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂波的滤除与优化、目标生命识别方法3个方面分析了UWB雷达技术在矿山钻孔救援中应用的现状和存在的问题:(1) UWB电磁波可对障碍物后人员生命信息进行识别与定位,其衰减与电场强度、磁场强度、频率和介质有关,但目前针对UWB电磁波传输衰减特性的研究缺乏对不同温度、探测频率、变质程度下各种煤岩体与UWB电磁波传输衰减之间的关系研究,对UWB电磁波的频率、入射角、极化形式等关键参数及变化特征与UWB电磁波衰减的关系研究较少。(2)采用经验模态分解法、MUSIC算法等方法可以对UWB电磁波中的杂波进行滤除,但缺乏对杂波滤除后有效波特征和信息的准确提取和科学表征,难以提高生命信息特征提取与识别的速度与精度。(3) UWB电磁波可以实现对障碍物后多目标人员生命体征如呼吸或心跳的捕捉,采用多雷达观测点可以提高低信噪比环境下生命信息探测的准确性,但目前的研究缺乏对呼吸、心跳、胸腔起伏、体温等多方位、多角度的系统识别与量化分析,缺乏对生命信息识别模型的优化方法。针对存在的问题,指出了UWB雷达技术在矿山钻孔救援应用中的研究方向:(1)研究不同条件下各煤岩体自身性质和电磁波相关参数对UWB电磁波在煤岩体中传输衰减的影响,得出其传输衰减规律。(2)研究适用于矿井环境下杂波的滤除优化与回波特征提取算法,利用回波中的有效特征建立学习样本数据库。(3)构建适用于矿井环境的人员生命信息识别模型,结合样本数据库对模型不断优化,以提高生命信息识别的精度和速度。     

矿井钻孔救援通信技术的研究进展及趋势

阐述了矿井钻孔救援通信技术原理,详细介绍了钻孔救援通信技术即钻孔救援探测技术、矿井救援指挥系统及可视化技术、钻孔救援高速传输及交换技术的国内外研究进展,指出了矿井救援通信技术亟需解决的问题及发展趋势:钻孔救援通信系统各功能组成上应相互独立又有机统一,使系统在功能升级过程中不影响其他功能的正常使用;钻孔救援通信技术在进行音、视频图像采集,灾难现场环境监测,通信和存储等环节上应有更高的准确性;进一步提高数据通信系统的可靠性,使钻孔救援通信系统本身具有自检及恢复功能,为矿井救援方案的制定提供有效参考;完善与救援通信设备配套的应用软件,确保救援中信息实时交互传输,具有逼真的现场感,便于指挥人员后续的决策;研究数据采集系统错误及误差的判定及预警技术,使探测到的救援信息准确无误,提高救援效率及成功率。     

煤矿井下无线传输衰减分析测试与最佳工作频段研究

5G,UWB,ZigBee,WiFi6等矿井移动通信、人员及车辆定位、无线传输等技术在煤矿井下应用,促进了煤矿安全生产和煤矿智能化建设。然而受电气防爆的限制,煤矿井下无线发射功率不大于6 W,制约着矿井无线传输距离,增加了基站用量和系统成本,不便于系统使用和维护。在无线发射功率受电气防爆限制的条件下,选择传输衰减较小的无线工作频段,可有效提高无线传输距离,减小基站用量和系统成本。为满足矿井无线传输工作频段选择与优化的需求,在国家能源集团国神公司三道沟煤矿的辅助运输大巷和综采工作面分别进行了700 MHz～6 GHz频段的无线传输测试,并对测试结果进行了分析,提出了矿井无线传输优选频段：(1)辅助运输大巷无线传输的最佳工作频段为700～910 MHz。(2)综采工作面无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。(3)辅助运输大巷无线传输衰减比综采工作面无线传输衰减小,且随着频率增大,辅助运输大巷与综采工作面无线传输衰减的差值变小。(4)矿井无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。     

基于非相干检测的UWB无线传感器网络传输性能

论文首先给出了UWB无线传感器网络体系结构模型,接着利用UWB技术和非相干信号检测技术设计了一个非相干检测UWB传感器接收机。在此基础上,着重研究了UWB无线传感器网络的传输性能。通过仿真发现采用了非相干信号检测技术,对UWB无线传感器网络传输性能的提高具有重要意义。     

基于SDH技术传输的雷达情报引接

提出了基于SDH（同步数字系列）传输技术实现雷达数据宽带传输的方案，给出了实现雷达数据传输的SDH网络拓扑结构和虚级联的数据通道分配方案。     

基于ADV212的雷达图像压缩传输系统

针对雷达图像数据量大实时性要求高的特点,设计了一种新的基于FPGA和ADV212的雷达图像压缩与传输系统,实现对4 096级方位量化和最大4 096级距离量化的雷达图像进行实时JPEG2000压缩。通过所设计的分片压缩方式把雷达图像分段,每段分别压缩,并配合乒乓缓存来减小压缩到传输的延时。系统基于可配置设计,可配置图像的压缩率及雷达图像的分辨率。采用ADV212实现对图像的压缩,FPGA实现各功能模块,W5500实现数据传输。实验结果表明,系统能够实现对雷达图像实时压缩和传输的要求。     

基于FPGA的雷达检测波门的设计与实现

论文介绍了一种基于FPGA的雷达检测波门的设计方案及其实现过程。杂波干扰是限制雷达目标检测跟踪的重要因素。检测波门作为一种区域检测技术,是雷达系统中处理杂波的一个有效手段。通过FPGA来实现波门电路,具有设计高速灵活可靠、开发周期短等优势。目前该方案已应用于雷达相关产品中,并得到充分验证。     

暴雨过程中天气雷达强度与衰减关系的研究

为提高天气雷达定量估测暴雨雨量的能力,利用一条沿X波段天气雷达径向的微波链路获得路径总衰减,使用改进的最小残差法,对一次暴雨过程中衰减系数(k)与X波段天气雷达反射率因子(Z)关系k=aZb中的系数a、b进行了计算,同时实现了相应径向反射率因子的衰减订正。实验结果表明,最优系数a的平均值为5.2×10-5,标准差为2.9×10-5,b的平均值为1.068,标准差为0.118。与已有文献相关结论相比,系数a值较小,而系数b值较大。联合微波链路对雷达相应径向实施衰减订正,可以有效避免常规逐库订正方法中不稳定问题,订正结果合理,订正后雨强估计结果更加接近雨量计实测值。所得结论可供天气雷达反射率因子衰减订正和定量估测暴雨雨量时参考应用。     

基于经度切割的雷达威力模型及算法研究

针对雷达威力解算中计算量大、速率低、精度差的问题,提出了一种经度切割的威力解算方法。建立了3种程式雷达垂直威力模型,并以垂直威力上的高度层切线,建立直角坐标系下各个高度层的平面威力模型。将平面威力按等经度间隔切割成若干条块,建立大地坐标系下各个高度层的平面威力条块模型,给出经度切割算法。仿真结果表明,通过对平面威力进行经度切割,减少了计算量,提高了速率,解决了复杂遮蔽边界问题,是一种快速实用的解算方法。     

基于UWB技术的隧道人员定位系统及精度研究

由于隧道施工现场环境复杂,测距信号易受到噪声、遮挡等干扰因素影响,导致人员定位系统定位精度不高,一旦发生事故,系统无法准确判断被困人员的数量和具体位置。通过对西安外环高速公路白鹿原隧道人员定位系统进行测试试验,笔者提出在传统三边定位算法的基础上结合质心算法,实验结果表明,改进后的算法定位精度比三边定位算法提高了一倍。     

多层雷达吸波材料涂层反射系数的研究

不同极化下反射系数的计算是雷达散射截面(RCS)预估中的主要问题之一,对于涂敷雷达吸波材料(RAM)涂层的目标,进行预估首先要建立反射系数与众多相关参数之间的关系式.从麦克斯韦方程和边界条件出发,导出了电磁波频率、入射角度及多层RAM涂层各层电磁参数与反射系数之间的关系式;实现了对任意层数RAM涂层反射系数的计算.最后,以两层和三层RAM涂层为例,通过仿真实验分析了电磁波的入射角、极化状态等对反射系数的影响.     

基于JAVA与MATLAB混编技术的毫米波测云雷达回波衰减订正仿真软件设计

毫米波雷达具有更接近小粒子尺度的短波长,更适合用来探测弱云,是云三维精细结构的重要探测工具。但是相比于厘米波段,毫米波信号在云雨天气的传输过程中更易受到云、雨、大气气体的衰减,导致回波面积的减小,毫米波雷达观测值要小于实际值,因此在毫米波测云雷达的探测与反演研究中需要考虑大气衰减的影响。根据逐库订正法,利用JAVA与MATLAB混合编程技术,设计了毫米波测云雷达回波衰减订正软件。该软件集合了JAVA和Matlab两者的优点,在高速计算的同时兼顾了可视化。     

部分帧中继参数对航管雷达信号传输的影响研究

航管雷达是现代空中交通管制系统的重要组成部分,是航路地空指挥的最基本的手段.本文在测试网络平台中,修改部分帧中继参数,以测试其对航管雷达信号传输的影响.实验结果显示:当前空管业务传输网络中在用的帧中继Station中的T1、N2参数设置不合理,修改T1、N2、T4参数,能够使得路由器对中继上的误码和中断更敏感,一旦中继产生问题,帧中继传输链路可以更快地宣告Link Down,从而避免延迟的发生.     

基于衰减频率特性的PID参数优化整定研究

用衰减频率特性法整定PID控制器可使闭环系统获得要求的衰减比,但是求得的整定参数的解是不确定的,因而难以确定最佳整定参数。就此,将基于衰减频率特性的PID控制器整定问题转换成带衰减比约束的控制器参数优化问题,首先用Matlab计算出整定参数的解曲线或解曲面,然后利用Simulink在仿真环境下寻优,获得期望性能下的最佳整定参数。仿真结果表明所提出的整定方法有效,且控制器具有良好的抗干扰能力。     

基于雷达波检测方法的处理线纠偏系统改进

针对冷轧处理线纠偏系统中的检测方法因光源、传感器等方面的众多故障导致机组不能正常运转的问题,为了确保冷轧处理线的稳定运行,通过系统性的对比分析,提出基于雷达波检测的冷轧处理线纠偏系统。该系统采用雷达波检测这种非接触式的检测方法。该方法不受炉内气氛影响且没有消耗品,对于高温退火炉尤为重要,可以提高炉内运行的稳定性。通过对多种检测方式进行对比分析,相较于传统检测方法,采用雷达波检测方法的纠偏系统在运行稳定、维护方便、节约成本等方面有着巨大优势。系统的改进提升了设备性能和控制稳定性,达到了便于维护的目的,为机组的稳定运行提供了保障。雷达波检测形式的纠偏系统的引入,对今后生产线纠偏技术性能的提升有一定的借鉴意义。     

基于事件冲突干扰模型的UWB无线Ad Hoc网络吞吐量性能研究

研究了UWB无线AdHoc网络的误比特率控制问题和吞吐量性能,以节点信息发射和接收事件冲突图为理论工具研究节点间的干扰对网络吞吐量性能的影响,通过求解基于吞吐量图的线性约束问题,可以得到UWB无线AdHoc网络可达吞吐量的期望数值解,并对其进行了仿真。     

基于 FEKO 的典型吸波结构 RCS 缩减研究

采用以矩量法为基础的软件FEKO对典型模型的雷达散射截面积（RCS ）进行仿真,并与实验结果进行对比分析。针对典型结构模型,选择层板型吸波材料,在6G Hz的RCS缩减实验结果达到-6．8dBsm ;选择蜂窝-层板型吸波材料可大幅度改善吸波性能,其在6GHz的RCS缩减实验结果为-12dBsm。分析表明,FEKO软件对典型结构模型的仿真计算结果与实验测试结果基本一致。     

基于Webservice的危险品监管及应急救援协同平台研究

针对我国危险品运输多个部门监管现状,提出了基于Webservice数据交换技术的"危险品监管及应急救援协同平台"建设方案.该方案能解决"危险品运输多部门监管数据不一致以及难以协同应急救援"这一实际问题.设计了协同平台的技术框架,描述了二类不同用途的车载终端"监控终端"和"智能终端"的基本功能,并以环保部门为例阐述了服务平台与危险废物监管政务平台之间的数据交换及功能耦合,以及利用服务平台开展危险品运输事故应急救援联动的流程实例.还阐述案例中的Webservice数据交换方法,以及多源数据动态更新机制,并作了总结.     

基于支持向量机的雷达信号特征的辨识研究

雷达信号处理是现代雷达系统的核心内容之一,其直接影响着雷达系统的适用范围和工作性能等。而对雷达信号的有效识别是对未知雷达信号进行预判的重要组成部分。基于支持向量机(SVM)对四种不同的雷达信号智能辨识,选取径向基核函数(RBF)作为支持向量的非线性映射函数,经过理论推导得出惩罚因子c和核函数参数g是影响其分类性能的重要因素。利用粒子群(PSO)优化SVM的两个重要参数。结果表明,在没有进行参数优化的SVM的分类性能极其不稳定,识别准确率在79.6992%~90.2256%之间,而经过PSO优化的SVM分类准确率高达100%,有效证明了优化方法的有效性,实现了基于PSO优化的SVM雷达信号的准确识别。     

基于Android平台的脉搏波监测系统的研究

随着现代医学的快速发展,健康监护系统逐渐趋于成熟,可穿戴的监护系统越来越受欢迎;在此背景下提出了一种基于Android平台的便携式健康监测系统;利用光电探测电路获取光电容积脉搏波(photoplethysmography,PPG)信号,通过微处理器(MSP430)转换此信号为数字信号,然后使用蓝牙模块将数字信号发送至Android智能手机;在Android智能手机上开发应用软件,实现对PPG信号的波形显示、数据存储功能和生理参数的计算;为验证其可行性,分别对10名被测者进行了PPG信号的采集、传输、存储和心率的计算,将实验测得的心率数据与监护仪测量数据通过Bland-Altman差值法进行一致性检验,结果显示两种心率测量方法有很好的一致性;进一步的研究将在此基础上开发可监测更多参数的健康监护系统。