【摘要】：隨著人們對更深層地下資源的開發(fā)和利用,能源產(chǎn)業(yè)對提高地下設(shè)備設(shè)施檢測、災(zāi)害應(yīng)急救援、環(huán)境安全監(jiān)測水平提出了更高的要求。穩(wěn)定可靠的透地通信(Through-the-Earth Communication,TEC)能夠有效地連通地表和地下,并將地表控制、監(jiān)測和報警信號傳輸?shù)降叵?一直以來是國內(nèi)外專家學(xué)者研究的重點。無線透地通信的通信介質(zhì)不是空氣而是土壤、水和巖石,傳統(tǒng)電磁波在穿透大地介質(zhì)時衰減較快,無法滿足長距離透地通信的需要。本文針對無線磁感應(yīng)透地通信展開研究,具體研究內(nèi)容如下。本文首先分析了導(dǎo)致傳統(tǒng)電磁波透地通信透地距離短的原因,即電磁波在穿透大地媒介時自身衰落較大,且分層的土壤和巖石導(dǎo)致電磁波折射和反射而產(chǎn)生的多徑效應(yīng),進一步增大了電磁波傳播過程中的干擾。然后利用線圈磁感應(yīng)透地通信模型,分析了線圈所產(chǎn)生磁場的特征,并驗證了利用磁感應(yīng)技術(shù)進行長距離透地通信的可行性。根據(jù)發(fā)射與接收線圈之間的耦合關(guān)系,本文建立了磁感應(yīng)透地通信等效電路模型,基于對信道特征進行的分析,提出了增大線圈磁透地通信信道容量的方法,即增大系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)和線圈之間的耦合系數(shù)。利用軟件無線電設(shè)備USRP N210搭建了線圈磁感應(yīng)透地通信平臺,對線圈磁透地通信性能進行研究,測試了磁透地通信調(diào)制與解調(diào)方式。實驗結(jié)果與理論分析一致,線圈磁透地通信存在路徑損耗高、信道容量小的問題,同時,為了進行長距離透地通信,接收線圈尺寸較大不適于在空間有限的地下布置。為了解決線圈磁感應(yīng)透地通信方式存在的問題,本文提出了基于磁阻傳感器的磁感應(yīng)透地通信,即利用隧道磁電阻傳感器(Tunnel Magneto-Resistance,TMR)替代線圈作為磁感應(yīng)透地通信的接收器。首先研究了線性TMR傳感器接收磁場信號的原理,分析了TMR傳感器線性的工作區(qū)域。對TMR磁透地通信模型進行研究,建立了發(fā)射功率與接收功率之間的關(guān)系表達式,并對信道模型的帶寬以及噪聲進行了分析。最后利用TMR傳感器芯片搭建了實驗平臺,實現(xiàn)TMR磁感應(yīng)通信信號的收發(fā)。對比發(fā)現(xiàn),TMR傳感器磁通信的帶寬較大,信道容量較小,但隨著磁阻傳感器自身噪聲的減小,靈敏度的提高以及線性范圍的擴大,磁阻傳感器將為無線磁感應(yīng)透地通信發(fā)揮越來越多的作用。
【圖文】：

感應(yīng)透地通信實驗平臺實現(xiàn)(Implementationtic Induction TEC Experimental Platform)工作是在實驗室環(huán)境中搭建線圈磁感應(yīng)透地通信平臺，主結(jié)果兩個部分。實驗準備中主要從實驗平臺整體框架出發(fā)發(fā)射回路設(shè)計以及軟件程序設(shè)計三個方面；實驗結(jié)果主要，例如接收功率和信道帶寬。最后利用軟件無線電平臺實制，相干解調(diào)數(shù)據(jù)的收發(fā)。實驗平臺的搭建進一步的證明行性，并且磁感應(yīng)技術(shù)可以實現(xiàn)可靠有效的透地通信。線電及 USRP 簡介的無線電(Software Defined Radio，SDR)是一種利用軟件技術(shù)，軟件無線電的特點就是通信協(xié)議以及通信過程無過軟件進行設(shè)計，并且通信系統(tǒng)高效地更新和升級[60]。電外設(shè) USRP 搭建磁感應(yīng)透地通信實驗平臺。

主要設(shè)計了三個模塊：透地天線、信號的發(fā)射與接收建。圖 3-6 為線圈磁感應(yīng)透地通信實驗平臺的體系號由 GNU Radio 軟件中的信號源產(chǎn)生，信號的收發(fā)線產(chǎn)生的電磁場使磁信號在介質(zhì)中傳播。FPGA DAC 射頻前端FPGAADC射頻前端USRP N210網(wǎng)絡(luò)接口圖 3-6 基于 USRP N210 線圈磁感應(yīng)透地通信模型Figure 3-6 USRP N210 Coil Magnetic Induction TEC Model通信天線線圈設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

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本文編號：2620169