基于電流場(chǎng)理論的地下數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富,然而礦難事件頻發(fā)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)地下與地面的無(wú)線(xiàn)通信,將會(huì)極大地提高救援效率。目前我國(guó)還沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦井透地應(yīng)急救援通信系統(tǒng)。礦難發(fā)生時(shí),其他有線(xiàn)通信手段往往會(huì)發(fā)生中斷,信號(hào)如何穿透地層實(shí)現(xiàn)與地下信息的雙向傳輸問(wèn)題是礦井無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)。而采用電偶極子天線(xiàn),基于傳導(dǎo)電流場(chǎng)理論實(shí)現(xiàn)透地信息傳輸是解決該瓶頸問(wèn)題的行之有效的方法之一。
　　本文在分析國(guó)內(nèi)外地下通信的研究背景下,選用具有天線(xiàn)體積設(shè)計(jì)小、對(duì)環(huán)

2、境依賴(lài)性小的基于電流場(chǎng)理論的通信方式。
　　首先,介紹傳導(dǎo)電流場(chǎng)透地通信理論,分析信號(hào)傳輸?shù)脑?。建立該傳輸方式的?shù)學(xué)模型,并構(gòu)建基于MATLAB的軟件仿真平臺(tái),分析傳輸距離、信號(hào)頻率與電導(dǎo)率對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?br>　　然后,在實(shí)地環(huán)境中建立物理仿真模型,討論傳導(dǎo)電流、傳輸距離,電磁干擾以及噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?并觀(guān)察仿真圖形,為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的參數(shù)。
　　最后,在理論研究和軟件仿真分析的基礎(chǔ)上,選取具有頻帶窄、功

3、率利用率高、抗衰落、可用非相干進(jìn)行解調(diào)的π/4-DQPSK作為數(shù)字傳輸方案,設(shè)計(jì)了基于FPGA的電流場(chǎng)地下通信系統(tǒng)。重點(diǎn)編制了基于Verilog的π/4-DQPSK調(diào)制和解調(diào)程序,通過(guò)模塊化實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)過(guò)程,方便程序的修改和調(diào)試;研發(fā)了該系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)(含發(fā)送、接收電路,小信號(hào)放大電路,功率放大電路);此外還進(jìn)行了變壓器的設(shè)計(jì),使天線(xiàn)的阻抗與功率放大器阻抗實(shí)現(xiàn)匹配,以完成大功率發(fā)送信號(hào)。整個(gè)通信系統(tǒng)從串口收發(fā),對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)以及