本文關鍵詞：基于TLM法的應急透地無線信道的研究

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【摘要】：煤炭資源是我國的基礎能源資源,煤炭企業(yè)的安全生產是影響煤炭行業(yè)穩(wěn)定、快速發(fā)展的關鍵因素。保障煤炭企業(yè)的安全生產,在加強主動防御措施的同時,還應加強事故發(fā)生后應急救援的被動措施,應急透地無線通信則是應用于煤炭安全生產和災后救援的一套穩(wěn)定安全的通信系統(tǒng)。礦井地層地質的電性參數(shù)測定,還原礦井地層地質結構的構造和以礦井地層為傳輸信道的電磁場傳播特性是研究應急透地無線通信的三個重要組成部分。本文通過實驗研究,解析計算和仿真數(shù)值模擬來對應急透地無線通信進行了深入分析研究,主要研究工作如下:(1)介紹應急透地無線通信的研究背景及在煤炭事故中的實際意義,闡述其在技術發(fā)展中所存在的困難和國內外針對透地通信的發(fā)展狀況,以及針對礦井地層為介質的電磁場數(shù)值計算方法。(2)使用實驗研究的方法闡述了礦井地層的電性參數(shù)的特性。詳細分析了礦井地層的構造,以及影響礦井地層信道信號的因素,并依據礦井地層的電性參數(shù),仿真研究信道的衰減特性。(3)闡述了電磁波傳播的一般理論,依據礦井地層不同的層狀分層結構,采用解析計算的方法推導出電磁波在礦井地層多層介質中的反射和透射系數(shù)。在建立的礦井地層簡化模型的基礎上,分析均勻平面波在理想空間和礦井地層界面上的反射和透射現(xiàn)象。(4)通過與Maxwell電磁場方程算法的類比,推導出一維TLM(Transmission Line Method)模型算法的計算公式與迭代公式,拓展到二維空間,證明其在分析二維電磁場的可行性,然后對二維TLM模型進行解析,推導出電磁波在其傳播中的迭代方程和計算方程。對礦井地層地質結構使用二維TLM模型算法進行數(shù)值建模,將計算礦井地層的電磁場轉化為計算二維TLM模型的電路求解。(5)構建基于TLM法的模擬無線信道的電磁場分析系統(tǒng)。通過勘測數(shù)據,設置礦井地層各層的電性參數(shù),繪制出二維礦井地質的仿真構造圖,并利用二維TLM模型算法對其進行電磁場的求解。本文首先對應急透地無線通信進行了理論研究,并在此基礎上結合實際情況對它的實際應用做了進一步的探討,其對應急透地無線通信的研究和應用具有一定的理論和實際意義。
【關鍵詞】：礦井應急 透地通信 信道分析 電磁場仿真 二維TLM模型算法
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD655.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 礦井無線通信存在的困難11
• 1.3 礦井無線通信的方式11-13
• 1.4 透地通信系統(tǒng)國內外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.5 地層中電磁場傳播數(shù)值計算研究14-15
• 1.6 本文主要研究內容15-16
• 第二章 礦井地層信道結構及特性分析16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 礦井地層的特性參數(shù)16-20
• 2.2.1 礦井地層介電常數(shù)的分析16-19
• 2.2.2 礦井地層磁導率的分析19
• 2.2.3 礦井地層電導率的分析19-20
• 2.3 礦井地層信道衰變特性20-22
• 2.4 礦井地層信道工作頻率的選取22-23
• 2.5 礦井地層信道的信號噪聲干擾23-24
• 2.6 礦井地層信道的結構特性24-25
• 2.7 本章小結25-26
• 第三章 電磁波在礦井多層媒質中的傳播分析26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 電磁波傳播基本理論26
• 3.3 電磁波在理想媒質中的傳播特性26-28
• 3.4 電磁波在有耗媒質中的傳播特性28-31
• 3.5 電磁波的反射和透射31-36
• 3.5.1 垂直極化波入射31-34
• 3.5.2 水平極化波入射34-36
• 3.6 多層礦井地層媒質中電磁場的解析36-41
• 3.6.1 礦井地層三層媒質中的反射和透射系數(shù)36-39
• 3.6.2 礦井地層多層媒質中的透射39-41
• 3.7 甚低頻電磁波在礦井地層邊界面的傳播特性41-43
• 3.8 本章小結43-44
• 第四章 TLM模型算法44-68
• 4.1 引言44
• 4.2TLM算法的論述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 一維TLM算法45-53
• 4.3.1Maxwell波動方程與TLM算法方程的推導45-48
• 4.3.2 一維TLM算法的迭代方程48-50
• 4.3.3 一維傳輸線上TLM單元節(jié)點阻抗的計算50-52
• 4.3.4 一維傳輸線上TLM單元終端阻抗及反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的計算52-53
• 4.3.5 一維傳輸線上TLM迭代方程53
• 4.4 二維TLM算法53-60
• 4.4.1 二維TLM算法概述53-54
• 4.4.2 理想介質中二維TLM模型54-57
• 4.4.3 有耗介質中二維TLM模型57-60
• 4.5 有耗介質中二維TLM算法推導60-66
• 4.5.1 二維介質中TLM單元電阻計算60-62
• 4.5.2 二維介質中TLM單元終端阻抗的計算62-63
• 4.5.3 二維介質中TLM單元節(jié)點上反射和傳輸系數(shù)的計算63-65
• 4.5.4 二維介質中TLM迭代方程65-66
• 4.6 本章小結66-68
• 第五章 基于TLM模擬無線信道的電磁場仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)68-82
• 5.1 引言68
• 5.2 系統(tǒng)概要68-69
• 5.3 系統(tǒng)關鍵技術概要69-71
• 5.3.1 混合編程概述69
• 5.3.2 WinForm與Matlab的數(shù)據通信69-71
• 5.4 系統(tǒng)功能介紹71-75
• 5.4.1 窗體主頁72
• 5.4.2 趨膚深度72-73
• 5.4.3 礦井地層解析計算73
• 5.4.4 反射系數(shù)與垂直極化波73-74
• 5.4.5 繪制礦井地層仿真構造圖74
• 5.4.6TLM電磁仿真74-75
• 5.5 TLM實例仿真75-81
• 5.5.1 水平礦井地質層的電磁場分布75-79
• 5.5.2 偏轉礦井地質層的電磁場分布79-81
• 5.6 本章小結81-82
• 第六章 總結與展望82-84
• 6.1 總結82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻84-88
• 致謝88-90
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文90

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