矿井巷道ZigBee无线传输特性研究

在地下平直巷道内模拟井下环境,对矿井ZigBee无线传输特性进行了实验研究。首先选用路径损耗系数模型作为矿井巷道无线传输模型,然后采用两个GAINZ节点分别测试了不同距离下接收信号强度指示的波动性及其受障碍物的影响特性、节点间距不同时的收包率、节点间距不同时的接收信号强度指示值。由测试结果分析得,在平直巷道内,所选取的路径损耗系数模型是可行、准确的,即可用接收信号强度指示来进行测距及定位;平直巷道内的节点间距为30~40 m时,通信是可靠的;路径损耗系数模型在实际矿井巷道内应用时需重新设置参数。     

基于镜像法的矿井隧道电磁波多径信道模型

针对矿井隧道复杂的电磁波传播环境,利用镜像法建立了矿井隧道电磁波多径信道模型,给出了三维空间的锯齿螺旋射线总传播路径长度和入射角、反射角的计算方法,以及总的接收功率和传输损耗的表达式。仿真结果表明,靠近发射天线的电磁波场强衰减较大,呈现快衰落现象,所建模型能准确预测隧道中电磁波场强分布。     

基于ITM模型的海上移动信道传输模型

针对海上复杂多变的电磁环境所导致的移动信道的传输路径损耗特性,提出Irregular Terrain Methodology(ITM)改进模型。该算法通过补充双径模型,来计算1 km范围内的海上移动信道传输损耗;通过加入雨衰模型来对出现下雨的海上电磁波传播进行修正;在此基础之上,采用仿真软件对ITM模型和改进后的ITM模型进行对比,分析发现,在海上移动信道传输下,该改进后的ITM模型较之ITM模型,能够更好地反映远海区域移动信道传输特征,并能够提高远海区域移动信道传输的质量。     

无线纳米网中太赫兹电磁波传输特性分析

针对基于太赫兹通信的电磁纳米网络,深入分析太赫兹电磁波路径传输特性以及大气分子吸收特性,从能耗的角度构建太赫兹信道传输的数学模型。分别针对不带反射路径的传输场景和带有反射路径的传输场景来分析路径传输特性;利用大气辐射原理来分析大气分子吸收特性。在不同传输距离和传输频率下,结合路径传输和大气分子吸收对太赫兹电磁波传输能量损耗进行仿真。结果表明:分子吸收损耗是太赫兹电磁波传输能量损耗的重要组成部分,大气分子吸收损耗与传输介质分子组成有关;路径传输损耗受到传输频率和距离的影响。分析结果对太赫兹通信频段的选择以及纳米节点能耗设计有重要参考价值。     

基于改进卷积神经网络的矿井巷道场强预测

针对现有场强预测模型建模过程复杂、计算复杂度高、预测精度低等问题,提出了一种基于改进卷积神经网络(CNN)的矿井巷道场强预测模型。通过分析矿井大尺度衰落信道电磁波传输影响因素,以天线工作频率、巷道截面尺寸、巷道壁粗糙度、巷道壁倾斜度、巷道壁相对介电常数、收发端距离等作为模型输入,将电磁波传播路径损耗作为模型输出,从而预测巷道场强变化;改进CNN在每个卷积层后加入批量归一化层来代替原有的池化层,以避免池化层下采样导致的数据特征丢失,让每一层卷积输出保持相似分布,提高网络泛化能力,加快网络收敛。仿真结果表明,与基于CNN、BP神经网络、支持向量机的场强预测模型相比,该模型预测值与实际值吻合度较高,具有较强的鲁棒性,有效提高了矿井巷道场强预测精度。     

基于路径损耗模型参数的自适应测量方法

在基于距离矢量的算法中,无线信号在传播时容易受到多径、绕射、障碍物等不稳定因素的干扰,使得路径损耗模型中与环境相关的参数A和n的值具有波动性,从而导致最终的定位结果存在较大误差。对于获取路径损耗模型参数,传统人工手动测量方法不能很好的适应于实际环境,而较大的测量和计算也会消费大量人力和时间。为了解决这些问题,本文提出一种基于路径损耗模型参数的自适应测量方法。该方法利用信标节点来维护其自身周围环境内的参数A和n的值,并结合了信标节点间的关联关系平衡参数A和n的值,不仅具有良好的自适应性,而且省去了繁重的人为手动测量计算。     

Ad Hoc 网络中基于节点相关因子的多路径路由算法

针对Ad hoc多径路由网络中各路径相互干扰的问题,提出了一种基于节点相关因子模型的多路径路由算法（AOMDV-LR）。该算法利用中间节点能够监听邻近节点接收报文的特性,结合邻近节点路由请求包数量的信息来计算每个中间节点的相关因子,得到总相关因子最小的节点不相交路径,保证各路径的数据传输干扰程度为最低。仿真结果表明,AOMDV-LR算法能显著增加数据包的投递率,降低端到端的传输时延。     

矿井下基于无线传感器网络的定位机制

在矿井中进行节点定位时,由于矿井物理环境的复杂程度影响了节点定位的精确度,因此充分研究矿井的无线信号传播路径损耗模型,并在传统的质心算法中引进了加权质心算法,进而得出了新的无线定位改进算法.最后,经过MATLAB仿真表明,该算法提高了矿井中节点定位精度,由于仿真环境结合了实际矿井模型,具有普遍的矿井工程应用意义.     

基于PSO-GSA优化的井下加权质心人员定位算法

针对煤矿复杂环境中,接收信号强度指示的人员定位精度较低,难以动态跟踪参数变化的问题,提出一种利用改进的引力搜索算法应用于加权质心定位中进行井下人员定位的方法。先采用对数距离路径损耗模型得到信标节点到未知节点的距离,然后通过加权质心定位算法对未知节点定位;最后利用粒子群万有引力混合算法对相关参数和估计的位置信息进行优化。实验结果表明,该方法能够增强对环境变化的自适应能力,更有效地提高定位精度。     

用于井下电磁能量收集的功率传输模型

为了将电磁能量收集技术应用到煤矿井下,采用实验测量和统计分析的方法对电磁能量收集的功率传输特性进行了研究,建立了微波在巷道中路径损耗的一般表达式;提出了一种用于井下巷道的功率传输模型,有效解决矩形、拱形巷道内近距离电磁能量传输效率的计算问题。仿真和实验分析证明了该模型的正确性,同时表明,功率衰减受路径衰减指数的影响较大,提升发射功率不是提升充电效果的最佳选择,在实际应用中,为了获得最佳接收功率,应根据接收机所处位置合理选取天线极化方式。     

矿车对电磁波传输特性影响的测量

矿车的存在改变了煤矿巷道的截面形状和尺寸,从而影响了电磁波传输特性的传输特性。文章对煤矿巷道中矿车对电磁波的影响进行了现场测量,详细分析了测量数据。测量结果表明:电磁波的传输衰减与车厢的长度和传输的频率有关;矿车的存在使电磁波的传输衰减增大;在50~900 MHz范围内,电磁波的频率越高、衰减越小,越有利于电磁波的传输。     

无线传感器网络煤矿井下RSSI自适应定位算法

通过对无线信号传播模型进行有效分析,发现路径衰减指数取值的固定性是导致测距误差的主要原因之一。在传统接收信号强度指示(RSSI)定位算法基础上,结合煤矿井下巷道环境特征,提出一种自适应RSSI三角质心定位算法,算法通过动态计算信标节点到盲节点的路径损耗指数,从而提高了测距算法对环境的适应性,算法结合巷道环境特征和信标节点到盲节点的距离公式,对两圆相交的情况进行讨论,最终计算出盲节点的有效坐标。仿真实验表明:巷道宽度在一定范围内(5~15 m),定位误差平均值均小于0.5 m,定位误差小于1 m的概率均高达90%以上,具有较高的定位精度。     

煤矿巷道壁粗糙度对电磁波传播的影响

根据多波模传输理论推导出多波模综合作用下因巷道壁粗糙度引起的电磁波衰减计算公式,并采用多波模模型仿真分析巷道壁粗糙度对电磁波衰减特性的影响。Matlab仿真结果表明,巷道壁粗糙度对电磁波衰减特性的影响随频率升高而增大,由于波导效应和巷道壁粗糙度的共同作用,煤矿井巷电波传播存在一个0.4～2GHz的低衰减频段。     

矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析

由矩形弯曲隧道中电磁波沿水平方向极化模式的各场分量出发,应用边界条件得到了在弯曲隧道中电磁波传播的衰减率公式,从而得到了弯曲隧道中电磁波传播衰减率与弯曲半径之间的关系曲线和衰减率与频率之间的变化曲线。结果表明,弯曲的存在,极大地增加了电磁波传播的衰减率。在弯曲半径不变的情况下,当频率增加超过一定值时,衰减率会随着频率的增高而变大,而变化的幅度与弯曲半径有关,半径越小,衰减率增加得越快。在曲率半径较小时,频率越高,电磁波的衰减率越大,但当曲率半径大于一定数值时,则频率越高,电磁波的衰减率越小。     

基于RSSI的无线传感器网络通信覆盖研究

提出了一种利用邻居节点采集的RSSI路径损耗来估计传感器节点通信覆盖范围的新方法(NRRC).首先将邻居节点按照空间关系映射到不同扇区集合,对各扇区内的RSSI采样值进行最小二乘拟合得出相应扇区内的对数距离路径损耗模型,然后根据损耗模型及给定信号衰减阈值求得各扇区对应的最大通讯半径;最后将各扇区的覆盖范围进行叠加来估计...     

平坦地面无线信道的大尺度衰落特性

针对近地面无线信道缺乏大尺度衰落模型的现状,选取平坦地面环境为典型研究对象,进行了2.4GHz无线信号沿近地面传播的信号强度测量,通过测量数据的线性回归建立了该地面环境的路径损耗模型.统计参数分析表明,双斜率对数距离路径损耗模型适用于近地面无线信道的大尺度衰落特性表征,突变点位置取决于收发天线高度,路径损耗指数在突变点前小于2,突变点后在2.87～3.74之间.所得模型与传统模型进行了性能对比,结果表明传统模型不适用于近地面无线信道的传播特性表征,本文所建模型更具实际意义.     

消防应急通信网络电磁波穿透特性分析

在发生火灾时,为了使消防救援迅速有效地实施,指挥员需要实时了解每一个消防员在火灾现场的位置,并进行指挥作业.但是消防通信信号受到建筑物等环境的影响而衰减,影响通信的效果,因此需要研究复杂建筑中电磁波的穿透特性,以得到消防通信中所需要的最小发送功率.利用电磁波空间损耗公式计算电磁波通信信号在空间的传输损耗,并利用时域有限差分法计算通信信号通过墙体时的穿透损耗,结合这两种方法计算电磁波在复杂消防环境中的衰减情况.建立了3种消防通信的仿真模型,仿真结果表明,建筑物越复杂电磁波衰减越大,并通过计算分析得出消防信号最小的发送功率.     

不同降雨量机场无线覆盖路径损耗的研究

机场环境下的无线通信是移动通信系统研究的一个难点。路径损耗是导致无线信号传输过程中衰减的一个重要因素,然而在降雨量的环境下路径损耗影响更大。通过建立机场模型,及大量的仿真,了解无降雨量时机场远端停机坪无线覆盖的情况,并使用Wireless Insite 软件进行仿真验证。从而进一步研究不同降雨量环境下信号无线传输的路径损耗,通过matlab软件仿真结果可以看出降雨量与路径损耗关系。对预测不同降雨量环境下机场远端停机坪无线覆盖有一定的参考价值。