基于TLM法的应急透地无线信道的研究

发布时间：2017-10-11 05:04

  本文关键词：基于TLM法的应急透地无线信道的研究

  更多相关文章： 矿井应急 透地通信 信道分析 电磁场仿真 二维TLM模型算法

【摘要】：煤炭资源是我国的基础能源资源,煤炭企业的安全生产是影响煤炭行业稳定、快速发展的关键因素。保障煤炭企业的安全生产,在加强主动防御措施的同时,还应加强事故发生后应急救援的被动措施,应急透地无线通信则是应用于煤炭安全生产和灾后救援的一套稳定安全的通信系统。矿井地层地质的电性参数测定,还原矿井地层地质结构的构造和以矿井地层为传输信道的电磁场传播特性是研究应急透地无线通信的三个重要组成部分。本文通过实验研究,解析计算和仿真数值模拟来对应急透地无线通信进行了深入分析研究,主要研究工作如下:(1)介绍应急透地无线通信的研究背景及在煤炭事故中的实际意义,阐述其在技术发展中所存在的困难和国内外针对透地通信的发展状况,以及针对矿井地层为介质的电磁场数值计算方法。(2)使用实验研究的方法阐述了矿井地层的电性参数的特性。详细分析了矿井地层的构造,以及影响矿井地层信道信号的因素,并依据矿井地层的电性参数,仿真研究信道的衰减特性。(3)阐述了电磁波传播的一般理论,依据矿井地层不同的层状分层结构,采用解析计算的方法推导出电磁波在矿井地层多层介质中的反射和透射系数。在建立的矿井地层简化模型的基础上,分析均匀平面波在理想空间和矿井地层界面上的反射和透射现象。(4)通过与Maxwell电磁场方程算法的类比,推导出一维TLM(Transmission Line Method)模型算法的计算公式与迭代公式,拓展到二维空间,证明其在分析二维电磁场的可行性,然后对二维TLM模型进行解析,推导出电磁波在其传播中的迭代方程和计算方程。对矿井地层地质结构使用二维TLM模型算法进行数值建模,将计算矿井地层的电磁场转化为计算二维TLM模型的电路求解。(5)构建基于TLM法的模拟无线信道的电磁场分析系统。通过勘测数据,设置矿井地层各层的电性参数,绘制出二维矿井地质的仿真构造图,并利用二维TLM模型算法对其进行电磁场的求解。本文首先对应急透地无线通信进行了理论研究,并在此基础上结合实际情况对它的实际应用做了进一步的探讨,其对应急透地无线通信的研究和应用具有一定的理论和实际意义。
【关键词】：矿井应急 透地通信 信道分析 电磁场仿真 二维TLM模型算法
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD655.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 矿井无线通信存在的困难11
• 1.3 矿井无线通信的方式11-13
• 1.4 透地通信系统国内外发展现状13-14
• 1.5 地层中电磁场传播数值计算研究14-15
• 1.6 本文主要研究内容15-16
• 第二章 矿井地层信道结构及特性分析16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 矿井地层的特性参数16-20
• 2.2.1 矿井地层介电常数的分析16-19
• 2.2.2 矿井地层磁导率的分析19
• 2.2.3 矿井地层电导率的分析19-20
• 2.3 矿井地层信道衰变特性20-22
• 2.4 矿井地层信道工作频率的选取22-23
• 2.5 矿井地层信道的信号噪声干扰23-24
• 2.6 矿井地层信道的结构特性24-25
• 2.7 本章小结25-26
• 第三章 电磁波在矿井多层媒质中的传播分析26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 电磁波传播基本理论26
• 3.3 电磁波在理想媒质中的传播特性26-28
• 3.4 电磁波在有耗媒质中的传播特性28-31
• 3.5 电磁波的反射和透射31-36
• 3.5.1 垂直极化波入射31-34
• 3.5.2 水平极化波入射34-36
• 3.6 多层矿井地层媒质中电磁场的解析36-41
• 3.6.1 矿井地层三层媒质中的反射和透射系数36-39
• 3.6.2 矿井地层多层媒质中的透射39-41
• 3.7 甚低频电磁波在矿井地层边界面的传播特性41-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第四章 TLM模型算法44-68
• 4.1 引言44
• 4.2TLM算法的论述44-45
• 4.2.1TLM算法的基本概念44
• 4.2.2TLM算法的基本原理44-45
• 4.3 一维TLM算法45-53
• 4.3.1Maxwell波动方程与TLM算法方程的推导45-48
• 4.3.2 一维TLM算法的迭代方程48-50
• 4.3.3 一维传输线上TLM单元节点阻抗的计算50-52
• 4.3.4 一维传输线上TLM单元终端阻抗及反射系数和传输系数的计算52-53
• 4.3.5 一维传输线上TLM迭代方程53
• 4.4 二维TLM算法53-60
• 4.4.1 二维TLM算法概述53-54
• 4.4.2 理想介质中二维TLM模型54-57
• 4.4.3 有耗介质中二维TLM模型57-60
• 4.5 有耗介质中二维TLM算法推导60-66
• 4.5.1 二维介质中TLM单元电阻计算60-62
• 4.5.2 二维介质中TLM单元终端阻抗的计算62-63
• 4.5.3 二维介质中TLM单元节点上反射和传输系数的计算63-65
• 4.5.4 二维介质中TLM迭代方程65-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 基于TLM模拟无线信道的电磁场仿真系统的设计与实现68-82
• 5.1 引言68
• 5.2 系统概要68-69
• 5.3 系统关键技术概要69-71
• 5.3.1 混合编程概述69
• 5.3.2 WinForm与Matlab的数据通信69-71
• 5.4 系统功能介绍71-75
• 5.4.1 窗体主页72
• 5.4.2 趋肤深度72-73
• 5.4.3 矿井地层解析计算73
• 5.4.4 反射系数与垂直极化波73-74
• 5.4.5 绘制矿井地层仿真构造图74
• 5.4.6TLM电磁仿真74-75
• 5.5 TLM实例仿真75-81
• 5.5.1 水平矿井地质层的电磁场分布75-79
• 5.5.2 偏转矿井地质层的电磁场分布79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 攻读学位期间发表的论文90

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