金屬礦井超寬帶無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注、多學(xué)科高度交叉的一個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域,其綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù),具有成本低、布置靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代礦井智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。金屬礦井井下環(huán)境特殊,巷道交錯(cuò)聯(lián)通、空間狹小、傾斜有拐彎、巷道表面粗糙等,因此,井下無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同于地面,要求井下監(jiān)測(cè)通信設(shè)備具有體積小、強(qiáng)的抗衰落能力與抗干擾能力等特點(diǎn)。超寬帶(Ultra Wideband,簡(jiǎn)稱(chēng)UWB)是近年

2、來(lái)發(fā)展非常迅猛的一種新興無(wú)線通信技術(shù),它擁有強(qiáng)的抗多徑能力與干擾能力、數(shù)據(jù)傳輸速率高、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn),對(duì)進(jìn)行金屬礦井這種特殊環(huán)境下的無(wú)線通信具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。江西省金屬礦藏豐富,鎢礦和銅礦等資源位居國(guó)內(nèi)前列,本文結(jié)合地方資源優(yōu)勢(shì),開(kāi)展超寬帶無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在礦井下的應(yīng)用研究工作,具體內(nèi)容如下:
　　(1)在研究超寬帶信號(hào)調(diào)制技術(shù)、超寬帶無(wú)線傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上,給出了超寬帶無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架,闡述了各部分的功能與實(shí)現(xiàn)方式,并對(duì)超寬帶

3、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)與媒體訪問(wèn)控制(Media Access Control,簡(jiǎn)稱(chēng)MAC)協(xié)議進(jìn)行研究,提出了適合金屬礦井超寬帶無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)與MAC協(xié)議。
　　(2)在比較超寬帶通信系統(tǒng)兩種常見(jiàn)技術(shù)方案基礎(chǔ)上,研究了超寬帶通信系統(tǒng)脈沖波形的特征,給出了適合金屬礦井這一應(yīng)用環(huán)境的超寬帶通信系統(tǒng)方案與脈沖波形。
　　(3)金屬礦井井下環(huán)境與地面廣闊空間有很大的不同,井下有多種因素影響電磁波的傳輸,在研究井下電磁波

4、傳輸?shù)墓逃袚p耗與附加損耗基礎(chǔ)上,建立了金屬礦井超寬帶路徑損耗模型,預(yù)測(cè)超寬帶信號(hào)在金屬礦井下傳輸過(guò)程中的路徑損耗。
　　(4)利用三極管的雪崩效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生近似一階高斯超寬帶脈沖信號(hào),采用射極跟隨器來(lái)檢測(cè)超寬帶脈沖信號(hào),天線設(shè)計(jì)采用超寬帶微帶貼片天線來(lái)提高井下超寬帶信號(hào)輻射的全向性。通過(guò)仿真分析,設(shè)計(jì)出滿足金屬礦井這一應(yīng)用環(huán)境的超寬帶脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、超寬帶脈沖信號(hào)檢測(cè)電路以及超寬帶微帶貼片天線,最后提出了超寬帶無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案