井下无线信号传输特性的分析

分析了矿井的巷道结构,无线电波在矿井中传播所遵循的帐篷定律,巷道中收发天线所处的位置,煤层与巷道支护材料电特性及粉尘水汽雾滴的电磁散射特性,同时,分析了无线信号传输过程中的时延、衰落和损耗,并结合电磁波折射理论,就不同频率及不同极化方式的电磁波,在矿井中的传播特性进行了综合的研究分析发现,电波频率越高,损耗越大,水平极化的电波损耗要小于垂直极化的电波损耗,矿井中收发天线放置在与巷道壁一定距离的中上部位置为最佳。     

类矩形矿井巷道中UHF宽带电磁波统计信道建模

从信道统计建模的角度,对类矩形矿井巷道中UHF频段宽带电磁波大尺度传播损耗和小尺度多径信号统计特性进行了分析,建立了基于Nakagami分布的类矩形巷道宽带统计分段信道模型．利用所建立的信道模型,对900,1 800,2 400 MHz这3个典型UHF频段电磁波在类矩形巷道中的宽带信道统计特性进行了仿真．结果表明,在相同的传输距离下,载波频率增加,大尺度传播损耗增大,且在巷道弯曲或分支处大尺度传播损耗显著增大;参照收发信机在巷道中的相对位置以及载波频率的不同,小尺度多径延迟扩展可能表现出不同的变化特性．     

煤矿井下有限空间无线信道特性研究

为了研究煤矿井下无线电波在信道内的传播特性及影响,基于矩形隧道传播模型分析了不同极化方式下电磁波的衰减特性的近似解。在理论分析的基础上对一个模拟矩形矿井巷道内电磁波的衰减特性进行了仿真。根据结果可知,随着巷道距离的增加电磁波存在严重的快衰落现象。在近距离处场强的增幅很大,变化趋势很大,随着距离的增加,场强衰减变缓。这些结论为矿井无线救援通信技术提供了理论支持。     

矿井巷道中损耗媒质对红外辐射的影响

红外辐射在空直巷道中损耗极小,近似作自由传播。在直的矿井巷道中,红外辐射的主要损耗来自于水汽、粉尘、各种对红外辐射吸收性强的气体分子。在地球大气红外辐射传输特性的理论基础上,研究了矿井中损耗煤质对红外辐射的影响。通过数值模拟,初步得出了红外辐射透过率与矿井巷道中各损耗媒质间的变化规律。     

矿井低频无线语音通信方案的设计与实现

分析了矿井电磁波传输特性及矿井电磁波传输媒质特性,提出了矿井低频无线语音通信频率选择方案,分析计算出矿井透地通信最佳通信频率;提出了高压缩率语音处理方案,并对方案进行了硬件设计与实现。实验表明:该设计能较好地实现矿井深度400 m及以上的深井语音通信,基本满足矿井上下无线语音通信要求。     

煤矿巷道中粉尘对电磁波传播特性的影响

针对煤矿巷道中粉尘对电磁波传播的影响进行了理论上的研究,推导出电磁波传输衰减的损耗公式.研究表明,由于粉尘的存在,随着传播电磁波频率的增加,衰减在增大,当粉尘浓度为4.35 ×109个/m3时,在1 GHz时的衰减为5 dB/hm,在10 GHz时的衰减约为47 dB/hm.随着粉尘浓度的增大,衰减在增大,当发射频率为1 GHz时,在5×1010个/m3的浓度时,衰减为54 dB/hm.巷道中粉尘的浓度决定了传播电磁波衰减的大小,在国家规定的粉尘浓度以下,对电磁波的衰减值小于5 dB/hm.     

电导率σ对矩形巷道中电磁波传播特性的影响

研究了在300MHz以下频段,矩形巷道中存在电导率σ时电磁波传播的特性.研究表明,电磁波的传播具有很强的波导效应.巷道的截面越大,越有利于电波的传播.如果传播电波的频率低于截止频率,则衰减只和传播的频率有关.在截止频率以上,电导率越小,电磁波传播损耗越大;在相同的电导率下,随着频率的增加,衰减也将增加.TE波更适合于在巷道中传播.     

高河矿井回风巷道通信射频传输特性及最优频率分析

为了能够最大限度地保障回风巷道作业人员生命安全,根据高河矿井下回风巷道实际情况,采用无线射频通信技术实现安全生产调度与回风巷道作业人员的实时通信,主要对无线通信系统中射频频率在回风巷道中传播特性进行研究,共分析了433 MHz,915 MHz,2. 4 GHz射频信号,结果表明,3种频率均大于巷道截止频率,都满足回风巷道通信需求; 2. 4 GHz频率最大,衰减常数最小,回风巷道截面尺寸相对于波长最大,电磁波传播衰减最小。井下实际通信数据测试表明,基于2. 4 GHz射频频率的通信系统能够满足井下回风巷道调度通信实际需求,实现了实时通信,大大提升了高河矿整体安全管理水平。     

煤矿井下基于射线跟踪法的信道建模研究

煤矿井下环境复杂,影响电磁波传播的因素较多,本文采用射线跟踪法对煤矿井下的信道模型进行研究。首先,假设井下传输环境为空直巷道,分析电磁波波模理论并运用镜像法建立矿井无线信道模型;其次,将场景因素造成的损耗用公式表达,另外的不可量化因素造成的损耗,用仿真场强值与实测场强值之间的差值来表示。通过空直巷道射线跟踪法结合各种因素造成的损耗来完成在煤矿井下的信道建模,并用最小二乘法对仿真曲线进行拟合,得到井下信道模型的数学表达式。实验仿真及实测结果表明,本文的理论研究与分析具有可靠性,所建立模型能够与实测数据较好的匹配,为煤矿井下无线通信奠定基础。     

矿井不同位置信源无线电波传播特性研究

为了研究信源处于矿井不同位置时对电磁波传播特性的影响,基于矩形隧道传播模型分析了不同极化方式电磁波的衰减特性的近似解。在理论分析的基础上对1个模拟矩形矿井的不同信源位置的传播特性进行了仿真,根据结果可知在矿井宽度大于高度的情况下,对于任意位置的信源,其水平极化电磁波传播的衰减率始终大于垂直极化电磁波,在距离发射源30~50 m内电波的衰减相对较快,然后逐渐趋于平缓。当信号源越靠近矿井壁,传播模式越复杂,衰减率越大,而在矿井中央,电磁波的衰减率最小,上述结论为矿井无线救援通信技术提供了理论支持。     

矿井巷道综合衰减模型与无线传输误码率性能综合比较

根据矿井巷道环境中大尺度衰减与小尺度衰减对无线信号传输的影响,提出了矿井巷道综合衰减模型。在矿井巷道环境下,通过将无线信号衰减的理论分析结果与基于模型的测试数据进行比较,验证了该模型的准确性。基于该模型,采用距离度量的方法比较研究了多载波码分多址（MC-CDMA）、正交频分复用（OFDM）等无线传输技术在巷道环境中的误码率性能。仿真结果表明：以MC-CDMA为代表的扩频调制传输技术在近距离通信时的误码率性能较好,而OFDM则在远距离通信中表现出较强的抗衰减特性。     

多模式矿井移动应急通信系统设计及性能分析

针对多径衰落深度较大的矿井巷道,传统集中式矿井移动通信系统信道容量小、多径干扰和传输损耗严重,难以满足矿井移动应急救援通信和移动监控的需要,提出了多模式矿井移动通信系统,通过SISO模式、MIMO模式和混合模式的多模式选择性耦合或动态切换,实现矿井移动通信系统的抗干扰能力和应急通信能力。基于矿井巷道多径衰落和时变信道环境,建立了多模式矿井移动通信系统模型,应用分布式MIMO天线的空间分集理论,设计了系统的主要电路,给出了多模式系统的信号传输和天线选择方法。仿真结果表明,多模式系统比传统集中式系统具有更好的信道容量,多模式系统的天线端口数量对系统信道容量起决定性作用;多模式系统提高了井下多径衰落环境网络的成功切换概率和系统抗干扰能力,明显改善了矿井移动应急通信系统的可靠性和效率。     

基于镜像法的井下巷道无线损耗模型补偿方法

针对目前煤矿井下无线通信网络存在的通信传输损耗及系统构建方面的问题,以无线传感器网络为硬件平台,设计构建井下无线检测定位系统,并运用镜像法分析巷道截面模型对无线电通信接收信号强度的影响,通过研究推导并结合仿真,找到煤矿井下高频无线电信号功率损耗与传播距离的关系和规律,从而建立了井下巷道无线损耗的补偿模型。     

漏泄同轴电缆的性能分析及应用

漏泄通信技术是解决无线电波在矿井巷道中传播的有效途径 ,是实现煤矿井下移动通信稳定可靠的重要手段。就漏泄电缆的综合性能和影响漏泄电缆指标的主要原因作了介绍 ,对漏泄电缆在井下巷道安装中的注意问题进行了分析     

矿井圆形隧道中电磁波传播特性分析

针对矿井隧道非常复杂的电磁波传播环境,分析了矿井圆形隧道中电磁波传播特性,给出了圆形隧道中波模方程近似求解方法,得到圆形隧道中各类波模衰减常数的近似表达式,并对计算结果进行了数值模拟.模拟仿真结果表明:隧道内电磁波传播的截止频率只取决于圆形隧道截面半径,而与其他因素无关,且随着圆形隧道截面半径的增大,不管是TE波模还是TM波模,截止频率都会降低,更有利于电磁波的传播;频率较高的TEo1波模最适合在圆形矿井圆形隧道中传播.     

矿井井筒中电磁波传播特性研究与无线通信试验

为获得矿山井筒环境中的无线信道特性,在矿山井筒中开展了2.4 GHz典型电磁波频段在定向天线点对点通信形式下的窄带与宽带测量试验,呈现了路径损耗、时延扩展等关键信道参数及其分布规律并与地下巷道信道进行了对比讨论。结果表明:路径损耗系数小于自由空间,表现出波导效应;RMS时延扩展符合对数正态分布,其均值小于巷道中的测量结果;随罐笼深度的增加,RMS时延扩展先增加后减小;90%相干度带宽在绝大多数情况下小于12 MHz,可传输视频、语音、数据;综合来看井筒环境中信道条件良好。在信道认知的基础上设计了基于WLAN的罐笼无线视频监控系统,该系统在现场运行一年多效果良好。这些研究对井筒通信与监测系统设计提供了重要依据和参考。     

矿井巷道无线信道特征分析与调制技术研究

为了建立安全高效的井下无线通信系统,通过试验分析井下巷道特征,根据信道脉冲响应幅度和相位以及多径分量和传输距离的关系测量结果,建立矿井信道统计模型。基于该模型,笔者研究了在2.4 GHz频段下,直接序列扩频码分多址接入(DS-CDMA)、多载波直接序列扩频码分多址接入(MC-DS-CDMA)和正交频分复用(OFDM)调制技术在矿井巷道中的参数选取,仿真对比各种调制技术对矿井巷道无线通信系统性能影响。试验分析和仿真结果表明,发送天线和接收天线的相对位置以及传播时延,对信道模型的准确创建提供了参考依据;采用OFDM技术能够在一定数据速率的基础上尽可能增加通信距离。     

空拱形巷道中电磁波的传输特性

拱形巷道是煤矿井下最常见的一种巷道。分析了电磁波在空拱形巷道中的传输特性。运用波导理论并结合数值计算法推导出巷道内电磁波的衰减率计算公式。对传输频率、巷道横截面以及围岩介质电参数对电磁波传输衰减率的影响进行了仿真。结果表明,在300～3000MHz特高频段,工作频率越高衰减越小;巷道横截面积越大衰减率越小;围岩介质的相对介电常数越大,衰减越大,且介电常数的变化对垂直极化波的影响大于水平极化波;围岩介质的电导率对衰减的影响不大,可忽略不计。     

基于全光网络的矿井信息传输系统

系统分析了现有矿井信息传输系统(工业电视、电话通信、瓦斯监控)在满足矿井安全上存在的问题后,根据矿井巷道的实际特点和使用情况,设计了一种基于全光网络的信息传输系统,该系统将现有各种矿井通信网络情况整合为统一的通信网络,消除了多重网络重叠,提高了数据采集量和传输效率,减少了运行故障,并且解决了矿井网络运营成本和系统可靠性的问题。     

辐射换热对巷道中火灾烟气流场的影响

根据火灾巷道的具体边界条件和烟气传播介质特性建立了辐射换热的热流传输方程，对巷道中火灾烟气流场的能量传输方程进行了修正，得出在矿井巷道火灾烟气流场的理论计算中，辐射换热是不可忽略的重要因素，可为矿井灾变时的救灾决策提供更为准确的科学依据．