矿井无线透地通信中语音信号压缩的研究

针对矿井无线传输信道信号传输损耗大、传输距离短、传输信道窄、噪声干扰大、传输能力有限、语音信号信噪比低的特点,通过对井下透地传输中语音信号和噪声的分析,基于语音压缩技术提出了一种用于矿井无线透地通信中语音信号压缩的模型。并采用实时通信系统的动态仿真软件Systemview对压缩方案模型进行仿真,验证了压缩方案的可行性。测试结果表明:当语音信号频率在800~3000Hz范围内,抽样频率是4~6倍的最大频率语音信号时,压缩方案基本可以满足设计要求。     

不规则分层地层中电磁波透地传输的衰减特性

分层地层对透地通信电磁波的传播特性有重要影响。现有的研究主要是基于规则分层地层模型对电磁波透地传播特性进行分析,但分层地层往往是不规则的。为此,基于所建立的不规则分层地层模型,将分层地层模型分界面抽象为平面、正斜面和负斜面。根据电磁波入射角与分层地层倾斜角的几何关系,推导了电磁波在不规则分层地层中正向和反向传播时电场强度和磁场强度的衰减情况。仿真表明分层地层的不规则性与电磁波进入分层地层介质的先后次序均对电磁波的传输衰减有重要影响。虽然电场强度和磁场强度随着透地距离的增加都显著地衰减,但电场强度和磁场强度的衰减特性并不相同。此外,无论是对电场还是磁场,由于在分层地层分界面电磁波都要产生反射,因此,电磁波在进入到另外一层媒质时电场强度和磁场强度都会产生一定程度的突变衰减。     

煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响

采用基于介质波导理论的多波模模型,推导巷道中天线的耦合效率和方向函数。以水平极化半波偶极子天线为例,进行仿真分析,得出结论：天线在巷道截面中心最有利于波模的激励,天线耦合效率最大,且传输衰减率最小;除截面中心区域,天线在巷道截面横向对称轴的位置,如巷道侧壁中心,也较易激励波模,可有效激励70%以上的波模,天线耦合效率较大,传输衰减率也相对较小;当天线靠近巷道截面拐角时,最不利于波模的激励,只能有效激励30%左右的波模,天线耦合效率最小,传输衰减率最大,但此时天线的辐射方向性最强,信号起伏最为平缓。     

多模式矿井移动应急通信系统设计及性能分析

针对多径衰落深度较大的矿井巷道,传统集中式矿井移动通信系统信道容量小、多径干扰和传输损耗严重,难以满足矿井移动应急救援通信和移动监控的需要,提出了多模式矿井移动通信系统,通过SISO模式、MIMO模式和混合模式的多模式选择性耦合或动态切换,实现矿井移动通信系统的抗干扰能力和应急通信能力。基于矿井巷道多径衰落和时变信道环境,建立了多模式矿井移动通信系统模型,应用分布式MIMO天线的空间分集理论,设计了系统的主要电路,给出了多模式系统的信号传输和天线选择方法。仿真结果表明,多模式系统比传统集中式系统具有更好的信道容量,多模式系统的天线端口数量对系统信道容量起决定性作用;多模式系统提高了井下多径衰落环境网络的成功切换概率和系统抗干扰能力,明显改善了矿井移动应急通信系统的可靠性和效率。     

基于CELP的矿井无线透地通信语音压缩编码方案

针对矿井抢险救灾时语音在无线透地通信的信道中传输困难的问题,提出了采用码激励线性预测CELP(Code Excited Linear Prediction coding)作为矿井无线透地通信的语音压缩编码方案,以达到对语音信号预处理的目的。利用Mat Lab软件对本压缩方案进行仿真验证,仿真结果表明:采用的压缩方案,在保证译码后语音基本不失真且能主观识别的前提下,能够压缩的语音范围是:250~3 500 Hz,编码速率可低至4.6 kb/s,基本满足了矿井无线透地通信对语音压缩处理的要求。     

基于扩频技术的矿井透地通信系统研究

在用信息论的基本原理对透地通信进行分析的基础上,提出采用扩频技术是解决透地通信接收信号微弱问题的有效方法,并设计了透地扩频通信的技术方案,最后通过仿真证明了方案的可靠性。     

透地信道中BPSK信号传输特性的实验研究

利用搭建的弹性波透地通信系统试验平台,对BPSK调制信号通过模拟分层大地信道的传输幅频特性和衰落特性进行了试验测试,得到了BPSK信号在大地信道中传播的衰减和衰落情况,通过对比发送和接收信号得出结论：时域上,接收的BPSK调制信号有明显的衰落现象,从频谱上看,其越高的频率成分在通过大地信道时幅度衰减越大．另外实验结果表明,现有平台在信号中心频率200—300Hz时传输效果最好．     

50t直流电弧炉内电磁场三维数值模拟研究

将麦克斯韦方程组转换为电磁场传输方程，并建立了三维电磁场数学模型。计算５０ｔ直流电弧炉３０ｋＡ下的磁场强度和电流密度，并实测其磁场强度分布，计算值和实测结果相吻合。电磁场模型为直流电弧炉熔体流动和传热数学模型奠定了基础。     

基于超导量子干涉仪的便携式透地通信系统研究

矿井透地通信被认为是矿井灾害时最可靠、最灵活的通信手段,而SQUID在实现矿井透地通信方面具有优越性。根据SQUID的应用特点,研究和设计了基于SQUID的便携式透地语音通信系统;分析了低频信号矿井环境下的透地传播理论,建立了系统磁通密度和信号幅度与渗透深度间的关系,最后进行了仿真实验,仿真表明系统选用4 kHz中心频率调制的正弦波、用QAM16作为编码协议、以2000 bit/s的速率传送,在65 m深处得到的磁场功率谱散布不大,证明了系统的可行性。     

矿井低频无线语音通信方案的设计与实现

分析了矿井电磁波传输特性及矿井电磁波传输媒质特性,提出了矿井低频无线语音通信频率选择方案,分析计算出矿井透地通信最佳通信频率;提出了高压缩率语音处理方案,并对方案进行了硬件设计与实现。实验表明:该设计能较好地实现矿井深度400 m及以上的深井语音通信,基本满足矿井上下无线语音通信要求。     

基于地下VLF人工信号源的定位技术研究

基于甚低频电磁波(VLF)穿透地层能力,研究地层对信号造成的影响,评估频率、功率和信号穿透能力的关系;从信号源、天线、信号处理滤波等方面讨论其实现的原理及关键技术;筛选适合地下-地表单向通信的合理方式和载波机制;建立简化的磁偶子定位模型,完成信号源的定向和定深。总结甚低频定位技术的关键方案,为煤层气水平井、水平对接孔、定向钻进导向孔、矿井救援等钻探领域中孔内信号传输提供一种新的通讯技术。     

地层对电磁随钻测量信号的影响研究

为了改善电磁波随钻测量系统的信号传输的距离和质量,通过对电磁波在地层中传输特性的分析,研究了地层电导率、磁导率、电磁波发射频率和发射天线长度这4个方面对电磁波信号衰减和传输深度的影响。结果表明：电磁波传输距离随着发射频率减小而增大,高电阻率地层有利于电磁波的传输。当频率在5～20 Hz时,传输距离1 000～2 000 m时,强度信号较强,能很好地满足工程的需要,选用穿孔外接金属环套激励天线的效果最好,而且金属环长度应尽量长,而绝缘段长度为0.5 m时,发射天线的效果最佳。     

矿井透地信息通信系统调制技术

随着通信技术的发展,矿井透地无线数字通信技术得到迅速发展。透地通信技术在抢险救灾等应急通信中十分有效,但是由于地质条件复杂有时语音通信会受到限制,实践证明短信通信会获得更远的传输距离,传递更准确的信息。采用软件无线电的设计思想,使用直接序列扩频、BPSK调制解调、分组码编码等技术,通过DSP编程来设计并实现了信令和短信息通信。     

光纤通信在矿井提升机电气控制系统中的应用

<正>目前矿井提升机电控系统大量运用各种现场总线和网络,以提高系统的自动化程度,方便监控和管理。对工业网络来说,通信质量非常重要,通信的稳定性直接关系到生产安全和效率,因此对信号传输提出了很高的要求。信号传输可以分为有线传输和无线传输,有线传输又可分为电气介质(普通电缆)传输和物理介质(塑料光纤,玻璃光纤等)传输。在     

弹性波透地通信分层大地信道的多径特性

通过分析弹性波在平行地层中传播的界面反射及衰减特性,得到了分层均匀介质中弹性波信号传播的多径信道模型,导出了多径延迟与各层的厚度以及层内弹性波纵波的传播速度的关系,以及多径/直达信号比(R MD)的近似算式,同时也探讨了因层间反射导致的多径衰落情况。在神华集团上湾煤矿煤层及围岩钻孔资料基础上建立地层模型并进行了仿真,结果表明：在直达信号正常情况下,多径信号的幅度较直达信号低20 dB以上,多径干扰基本可以忽略,此时即使传输信号带宽大于信道相关带宽B c,由多径导致的衰落仍然是近似平坦的;如果直达信号被遮蔽(比正常值低20 dB以上),信号呈明显频率选择性衰落,衰落深度约15 dB。仿真结果还说明使用直接序列扩频的透地通信,较高的码速率有利于抑制多径效应。     

矩形巷道中对称振子天线辐射特性的研究

建立了分析煤矿井下巷道内对称振子天线的积分方程,计算分析了矩形巷道中对称振子天线的辐射场模式,给出了传输模式的归一化传输功率分布。计算结果表明：矩形巷道中含有对称振子天线时,电磁波是多模传输的,无论天线处于巷道的什么位置,TE模的总功率均占80%以上,且TE模的功率最大模式的指数变化不大。     

放置方向对磁记忆检测信号的影响

金属磁记忆检测技术是利用磁致伸缩逆效应对铁磁性构件进行检测的新技术。通过试验,研究了构件的放置方向对磁记忆信号的影响。试验结果表明:无论试样如何放置,其表面的磁场强度分布规律没有发生变化,水平放置时磁场强度信号最大,构件水平(或铅垂)放置时,检测面平行和垂直于地磁轴2个方向的磁场强度几乎相等。构件的放置方向影响磁场强度的大小,对应力集中区的判断不产生影响。     

浅谈广域网连接方法及结构特点

网络用户数量的大幅度增多使得单一的局域网或城域网难以满足通信信号传输的要求,导致信号在传输期间出现减弱、中断、消失等问题,影响了计算机通信网络的正常运行。广域网相比局域网、城域网具有更加广泛的传输范围,在服务区内可保持信号的稳定传输。文章主要分析了广域网的结构特点及连接方法。     

矿井无线透地通信中语音压缩技术探讨

针对矿井透地无线通信中语音传输存在的噪声干扰大、传输信道窄、实际传输距离有限等特点,通过比较现阶段的语音压缩技术,提出增量调制(delta modulation,DM)及其改进方案自适应增量调制(adaptive delta modulation,ADM)不适宜作为透地无线通信语音压缩的压缩编码方案;语音压缩感知(Compressed Sensing)作为一种新近提出的压缩编码方案,能够以远低于奈奎斯特采样速率采样压缩信号,虽然语音重建质量有限,编码复杂,技术难度高,目前不适宜作为透地无线通信语音压缩编码的方案,但是可能成为未来无线通信压缩技术;码激励线性预测CELP(Code Excited Linear Prediction coding)比较适合作为透地无线通信语音压缩编码方案。     

基于PSO-GA的Kriging插值法建立透地通信分层地层媒质模型

地层层系的不同分布对透地通信电磁波的传播特性有重要影响。Kriging插值法利用地层媒质的有限采样点可有效建立分层地层媒质模型,其中的插值计算过程中变异函数模型参数的优化是准确构造地层分层模型的关键。为更好地解决由于采样点分布不匀造成的插值点与采样点之间的误差,使求出的构建地层分界面的插值点更加逼近采样点,从而更精确地建立地层分层模型,提出了一种基于粒子群-遗传(PSO-GA)的Kriging插值法,对变异函数模型的参数进行优化。相比于基于PSO的Kriging插值法与基于GA的Kriging插值法,所提出的算法在粒子寻优迭代整个过程中通过粒子间的两次信息交换,不仅解决了陷入局部最优的问题,实现了全局最优样本,还加快了收敛的速度。仿真与分析结果表明采用所提出的基于PSO-GA的Kriging插值法建立透地通信分层地层媒质模型,相比于基于PSO的Kriging插值法与基于GA的Kriging插值法可获得更好的寻优性能及寻优稳定性。