本文關(guān)鍵詞：基于TLM法的應(yīng)急透地?zé)o線信道的研究

  更多相關(guān)文章： 礦井應(yīng)急 透地通信 信道分析 電磁場(chǎng)仿真 二維TLM模型算法

【摘要】：煤炭資源是我國(guó)的基礎(chǔ)能源資源,煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)是影響煤炭行業(yè)穩(wěn)定、快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。保障煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn),在加強(qiáng)主動(dòng)防御措施的同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)事故發(fā)生后應(yīng)急救援的被動(dòng)措施,應(yīng)急透地?zé)o線通信則是應(yīng)用于煤炭安全生產(chǎn)和災(zāi)后救援的一套穩(wěn)定安全的通信系統(tǒng)。礦井地層地質(zhì)的電性參數(shù)測(cè)定,還原礦井地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和以礦井地層為傳輸信道的電磁場(chǎng)傳播特性是研究應(yīng)急透地?zé)o線通信的三個(gè)重要組成部分。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,解析計(jì)算和仿真數(shù)值模擬來(lái)對(duì)應(yīng)急透地?zé)o線通信進(jìn)行了深入分析研究,主要研究工作如下:(1)介紹應(yīng)急透地?zé)o線通信的研究背景及在煤炭事故中的實(shí)際意義,闡述其在技術(shù)發(fā)展中所存在的困難和國(guó)內(nèi)外針對(duì)透地通信的發(fā)展?fàn)顩r,以及針對(duì)礦井地層為介質(zhì)的電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法。(2)使用實(shí)驗(yàn)研究的方法闡述了礦井地層的電性參數(shù)的特性。詳細(xì)分析了礦井地層的構(gòu)造,以及影響礦井地層信道信號(hào)的因素,并依據(jù)礦井地層的電性參數(shù),仿真研究信道的衰減特性。(3)闡述了電磁波傳播的一般理論,依據(jù)礦井地層不同的層狀分層結(jié)構(gòu),采用解析計(jì)算的方法推導(dǎo)出電磁波在礦井地層多層介質(zhì)中的反射和透射系數(shù)。在建立的礦井地層簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上,分析均勻平面波在理想空間和礦井地層界面上的反射和透射現(xiàn)象。(4)通過(guò)與Maxwell電磁場(chǎng)方程算法的類比,推導(dǎo)出一維TLM(Transmission Line Method)模型算法的計(jì)算公式與迭代公式,拓展到二維空間,證明其在分析二維電磁場(chǎng)的可行性,然后對(duì)二維TLM模型進(jìn)行解析,推導(dǎo)出電磁波在其傳播中的迭代方程和計(jì)算方程。對(duì)礦井地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)使用二維TLM模型算法進(jìn)行數(shù)值建模,將計(jì)算礦井地層的電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為計(jì)算二維TLM模型的電路求解。(5)構(gòu)建基于TLM法的模擬無(wú)線信道的電磁場(chǎng)分析系統(tǒng)。通過(guò)勘測(cè)數(shù)據(jù),設(shè)置礦井地層各層的電性參數(shù),繪制出二維礦井地質(zhì)的仿真構(gòu)造圖,并利用二維TLM模型算法對(duì)其進(jìn)行電磁場(chǎng)的求解。本文首先對(duì)應(yīng)急透地?zé)o線通信進(jìn)行了理論研究,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用做了進(jìn)一步的探討,其對(duì)應(yīng)急透地?zé)o線通信的研究和應(yīng)用具有一定的理論和實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：礦井應(yīng)急 透地通信 信道分析 電磁場(chǎng)仿真 二維TLM模型算法
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD655.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 礦井無(wú)線通信存在的困難11
• 1.3 礦井無(wú)線通信的方式11-13
• 1.4 透地通信系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.5 地層中電磁場(chǎng)傳播數(shù)值計(jì)算研究14-15
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 礦井地層信道結(jié)構(gòu)及特性分析16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 礦井地層的特性參數(shù)16-20
• 2.2.1 礦井地層介電常數(shù)的分析16-19
• 2.2.2 礦井地層磁導(dǎo)率的分析19
• 2.2.3 礦井地層電導(dǎo)率的分析19-20
• 2.3 礦井地層信道衰變特性20-22
• 2.4 礦井地層信道工作頻率的選取22-23
• 2.5 礦井地層信道的信號(hào)噪聲干擾23-24
• 2.6 礦井地層信道的結(jié)構(gòu)特性24-25
• 2.7 本章小結(jié)25-26
• 第三章 電磁波在礦井多層媒質(zhì)中的傳播分析26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 電磁波傳播基本理論26
• 3.3 電磁波在理想媒質(zhì)中的傳播特性26-28
• 3.4 電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳播特性28-31
• 3.5 電磁波的反射和透射31-36
• 3.5.1 垂直極化波入射31-34
• 3.5.2 水平極化波入射34-36
• 3.6 多層礦井地層媒質(zhì)中電磁場(chǎng)的解析36-41
• 3.6.1 礦井地層三層媒質(zhì)中的反射和透射系數(shù)36-39
• 3.6.2 礦井地層多層媒質(zhì)中的透射39-41
• 3.7 甚低頻電磁波在礦井地層邊界面的傳播特性41-43
• 3.8 本章小結(jié)43-44
• 第四章 TLM模型算法44-68
• 4.1 引言44
• 4.2TLM算法的論述44-45
• 4.2.1TLM算法的基本概念44
• 4.2.2TLM算法的基本原理44-45
• 4.3 一維TLM算法45-53
• 4.3.1Maxwell波動(dòng)方程與TLM算法方程的推導(dǎo)45-48
• 4.3.2 一維TLM算法的迭代方程48-50
• 4.3.3 一維傳輸線上TLM單元節(jié)點(diǎn)阻抗的計(jì)算50-52
• 4.3.4 一維傳輸線上TLM單元終端阻抗及反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的計(jì)算52-53
• 4.3.5 一維傳輸線上TLM迭代方程53
• 4.4 二維TLM算法53-60
• 4.4.1 二維TLM算法概述53-54
• 4.4.2 理想介質(zhì)中二維TLM模型54-57
• 4.4.3 有耗介質(zhì)中二維TLM模型57-60
• 4.5 有耗介質(zhì)中二維TLM算法推導(dǎo)60-66
• 4.5.1 二維介質(zhì)中TLM單元電阻計(jì)算60-62
• 4.5.2 二維介質(zhì)中TLM單元終端阻抗的計(jì)算62-63
• 4.5.3 二維介質(zhì)中TLM單元節(jié)點(diǎn)上反射和傳輸系數(shù)的計(jì)算63-65
• 4.5.4 二維介質(zhì)中TLM迭代方程65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-68
• 第五章 基于TLM模擬無(wú)線信道的電磁場(chǎng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)68-82
• 5.1 引言68
• 5.2 系統(tǒng)概要68-69
• 5.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概要69-71
• 5.3.1 混合編程概述69
• 5.3.2 WinForm與Matlab的數(shù)據(jù)通信69-71
• 5.4 系統(tǒng)功能介紹71-75
• 5.4.1 窗體主頁(yè)72
• 5.4.2 趨膚深度72-73
• 5.4.3 礦井地層解析計(jì)算73
• 5.4.4 反射系數(shù)與垂直極化波73-74
• 5.4.5 繪制礦井地層仿真構(gòu)造圖74
• 5.4.6TLM電磁仿真74-75
• 5.5 TLM實(shí)例仿真75-81
• 5.5.1 水平礦井地質(zhì)層的電磁場(chǎng)分布75-79
• 5.5.2 偏轉(zhuǎn)礦井地質(zhì)層的電磁場(chǎng)分布79-81
• 5.6 本章小結(jié)81-82
• 第六章 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 致謝88-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文90

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