矿井通信中巷道电波传播特性研究
发布时间:2017-05-29 15:09
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【摘要】:建立可靠的矿井通信系统是煤矿安全生产和抢险救灾的重要保障,研究矿井巷道中电磁波的传播理论对于设计和规划矿井无线通信系统具有现实意义。本文旨在研究矿井巷道中电磁波传播特性,分析了矩形巷道中的电磁波波模理论,并运用射线追踪法建立了矿井巷道无线信道模型,研究了围岩参数和异型截面对矿井巷道中电磁波传输特性的影响。 本文研究的主要内容如下: (1)运用Marcatili近似分析方法对理想矩形矿井巷道进行分析,得出水平极化模和垂直极化模各个场量的数学表达式,进而推导出各个模式下的传输模衰减公式和截止频率公式,,考虑了电磁波在矿井巷道传输过程中可能存在的倾斜、分支损耗、粗糙损耗和天线插入损耗,并分析了影响各类损耗的因素。 (2)运用射线追踪法的镜像法原理建立矿井巷道多径信道预测模型,提出三维空间的射线总路径和入反射角的计算方法,使用Matlab软件对模型进行仿真,讨论了传输频率、巷道尺寸和接收点位置对场强分布预测的影响,并把仿真结果和文献进行对比,证明了所建立模型的正确性。 (3)描述了矿井巷道中复杂环境因素对电磁波传输的影响。分析了矿井巷道围岩电参数对电波传播衰落特性的影响。研究了异型巷道中较为典型的圆形巷道和拱形巷道电磁波传输的衰落特性。
【关键词】:矿井通信 波模理论 射线追踪 衰减特性 复杂环境
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TD65;TN011
【目录】:
- 摘要4-5
- Abstract5-8
- 第一章 绪论8-14
- 1.1 课题选题背景与意义8
- 1.2 现有矿井无线通信系统概述8-11
- 1.3 国内外矿井通信研究现状11-12
- 1.4 本文主要研究内容与章节安排12-14
- 第二章 矿井无线信道特性分析14-20
- 2.1 无线信道传输特性14-17
- 2.1.1 大尺度衰落特性14-16
- 2.1.2 小尺度衰落特性16-17
- 2.2 矿井无线信道模型17-19
- 2.2.1 矿井无线信道冲击响应17-18
- 2.2.2 矿井无线信道信号衰落统计特性18
- 2.2.3 矿井无线信道中信号噪声分析18-19
- 2.3 本章小结19-20
- 第三章 空矩形巷道中电磁波传输理论20-39
- 3.1 电磁波在空矩形波导中的固有传播理论20-26
- 3.1.1 麦克斯韦方程组20-22
- 3.1.2 马卡梯里近似分析法22-24
- 3.1.3 电磁波在矩形矿井的传输模式分析24-26
- 3.2 电磁波在矿井巷道传输过程中的能量损耗26-34
- 3.2.1 巷道电磁波传输模损耗27-29
- 3.2.2 矿井巷道壁引起的粗糙损耗29-31
- 3.2.3 矿井巷道倾斜、分支引起的倾斜损耗31-33
- 3.2.4 天线插入损耗33-34
- 3.3 矿井巷道多模传输理论34-38
- 3.4 本章小结38-39
- 第四章 井下多径传播模型信道建模与仿真分析39-54
- 4.1 射线追踪法的基本原理39-40
- 4.2 运用镜像法建立矿井无线信道模型40-48
- 4.2.1 设定反射次数40-41
- 4.2.2 镜像点的求解与反射路径的确定41-43
- 4.2.3 反射射线的极化处理43-46
- 4.2.4 求解接收点场强46-48
- 4.3 模型仿真与结果分析48-53
- 4.3.1 不同传输频率对信号场强的影响48-51
- 4.3.2 接收机位置对信号场强的影响51-52
- 4.3.3 巷道尺寸对信号场强的影响52-53
- 4.4 本章小结53-54
- 第五章 矿井复杂因素对电磁波传输特性的影响54-67
- 5.1 矿井岩层对电磁波传输的影响54-59
- 5.1.1 矿井岩层电参数特性分析54-56
- 5.1.2 矿井岩层电参数对电磁波传输的影响56-59
- 5.2 异型矿井巷道电磁波传输特性59-66
- 5.2.1 圆形巷道59-63
- 5.2.2 空拱形巷道63-66
- 5.3 本章小结66-67
- 第六章 全文总结与工作展望67-69
- 6.1 全文总结67-68
- 6.2 工作展望68-69
- 参考文献69-72
- 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文72-73
- 致谢73
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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本文编号:405136
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