我國現(xiàn)階段的主要能量來源是煤礦,煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)一直是政府常抓不懈的課題。傳統(tǒng)煤礦井下定位系統(tǒng)一旦發(fā)生礦難設備容易損壞,造成系統(tǒng)癱瘓,導致地面救援人員和井下被困人員無法正常通信,而錯過最佳救援時機。因此,針對礦井生產(chǎn),建立一套行之有效的煤礦井下定位系統(tǒng),實現(xiàn)井下被困人員快速定位,保證地面救援人員及時施救,是一項復雜而具有重要意義的課題。煤礦區(qū)域的地層結構比較復雜,因此,需要研究電磁波在地層媒質(zhì)中傳輸特性,進而探索一套無線電磁波定位方案。而在目前,利用無線電磁波在復雜地層媒質(zhì)信道進行傳輸定位的研究成果仍然不足。本文對煤礦井下無線透地定位技術進行了深入研究,開展的主要工作及獲得的結論如下:(1)分析煤層信道結構及其特性,研究電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳輸特性,仿真了不同地層媒質(zhì)中不同頻率電磁波的衰減情況,為煤礦井下無線定位技術的電磁波頻率選擇打下了理論基礎。對于單層地層媒質(zhì),建立了基于RSSI的測距損耗模型,對后續(xù)電磁波單層地層媒質(zhì)定位的研究有重要價值。(2)根據(jù)建立的基于RSSI的單層地層媒質(zhì)測距損耗模型,推導出符合煤礦應用場景的三維四邊測量定位方法。為了減小定位誤差,采用最小二乘法對該定位方法進行優(yōu)化。討論了定位方法的影響因素,計算了幾何精度因子。仿真結果表明,該方法能夠利用不同頻率的電磁波實現(xiàn)對不同地層媒質(zhì)的煤礦井下定位。(3)分析了電磁波在分層媒質(zhì)中的傳輸特性。具體分析了 TE波和TM波在地層媒質(zhì)分界面上的透射情況,并給出了反射與透射系數(shù)表達式。仿真結果表明,對于相同發(fā)射功率,TM模式電磁波比TE模式電磁波透入到大地媒質(zhì)的能量大,所以,在無線透地定位系統(tǒng)中應該選擇以TM模式為主的電磁波傳輸信號。此外,分析了電磁波入射角和透射角在三維空間的關系和不同頻率電磁波在分層地層媒質(zhì)中的傳輸損耗。為進一步研究雙層地層媒質(zhì)的無線透地定位提供了理論支撐。(4)電磁波在雙層地層媒質(zhì)中的傳輸情況較為復雜,方向參數(shù)是輻射源參數(shù)中一個比較可靠的信息量。本文針對電磁波傳輸?shù)碾p層地層媒質(zhì)煤礦環(huán)境,提出基于RSSI和AOA的定位方法及基于AOA的唯方位定位方法。基于RSSI和AOA的定位方法所需基站少,基于AOA的唯方位定位方法無需知道信號功率,減小了設備復雜度。實驗仿真表明兩種方法均能夠實現(xiàn)對煤礦井下盲點的定位。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5;TD76;TD774
【部分圖文】：

信號強度值的均方差，取均方值最小的那個點？＂＾的位置坐標作為盲點的坐標。逡逑經(jīng)驗模型的定位過程主要分為兩個部分，離線建立數(shù)據(jù)指紋庫的訓練階段和逡逑實際應用中的在線實時定位階段］。如圖２－１所示。逡逑在離線訓練階段，首先要設置定位測試點，如果測試點的設置較為稀疏，就逡逑會影響相應的定位精度，如果測試點的設置過于密集，會造成后續(xù)定位階段計算逡逑量的倍增。目前，關于測試點的設置還暫時沒有比較系統(tǒng)的方法。設置測試點之逡逑后，記錄每個測試點的接收信號強度值及測試點的ＭＡＣ地址，建立離線數(shù)據(jù)指逡逑紋庫。在在線定位階段，首先用戶端測量盲點的接收信號強度值及對應ＡＰ的ＭＡＣ逡逑地址，上傳至離線數(shù)據(jù)指紋庫，利用相應的匹配算法進行匹配，計算得到盲點的逡逑位置坐標進行輸出。逡逑９逡逑

邐３００逡逑傳輸距離ｚ／ｍ逡逑圖２－２電場強度與距離的關系逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｔａｎｃｅ逡逑甚低頻電磁波具有傳播衰減系數(shù)小、抗干擾能力強且穩(wěn)定等特性，比較適合逡逑用于無線透地通信系統(tǒng)。此外，圖２－２中，相同頻率的電磁波在不同的媒質(zhì)中，傳逡逑輸特性也不相同。由表２－２知，對于同一頻率電磁波，板巖的衰減系數(shù)大于石灰?guī)r逡逑的衰減系數(shù)，石灰?guī)r的衰減系數(shù)大于砂巖的衰減系數(shù)，所以同一頻率電磁波在板逡逑巖中的衰減速率大于石灰?guī)r的衰減速率，石灰?guī)r的衰減速率大于砂巖的衰減速率。逡逑所以，在無線透地通信系統(tǒng)中，針對不同的傳輸媒質(zhì)要建立不同的傳輸損耗模型。逡逑‘邐＾邐１ＫＨＺ逡逑——砂巖逡逑—石灰?guī)r逡逑０邋８邋＿邐、＇邐一邋ｋ邋ｈ邋－逡逑ｒ逡逑？邋°４邋■逡逑Ｉ逡逑０．２邋－邋＼逡逑。逡逑？邋－０．２邋邐１

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【參考文獻】

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本文編號：2820400