我國(guó)現(xiàn)階段的主要能量來(lái)源是煤礦,煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)一直是政府常抓不懈的課題。傳統(tǒng)煤礦井下定位系統(tǒng)一旦發(fā)生礦難設(shè)備容易損壞,造成系統(tǒng)癱瘓,導(dǎo)致地面救援人員和井下被困人員無(wú)法正常通信,而錯(cuò)過(guò)最佳救援時(shí)機(jī)。因此,針對(duì)礦井生產(chǎn),建立一套行之有效的煤礦井下定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)井下被困人員快速定位,保證地面救援人員及時(shí)施救,是一項(xiàng)復(fù)雜而具有重要意義的課題。煤礦區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,因此,需要研究電磁波在地層媒質(zhì)中傳輸特性,進(jìn)而探索一套無(wú)線電磁波定位方案。而在目前,利用無(wú)線電磁波在復(fù)雜地層媒質(zhì)信道進(jìn)行傳輸定位的研究成果仍然不足。本文對(duì)煤礦井下無(wú)線透地定位技術(shù)進(jìn)行了深入研究,開展的主要工作及獲得的結(jié)論如下:(1)分析煤層信道結(jié)構(gòu)及其特性,研究電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳輸特性,仿真了不同地層媒質(zhì)中不同頻率電磁波的衰減情況,為煤礦井下無(wú)線定位技術(shù)的電磁波頻率選擇打下了理論基礎(chǔ)。對(duì)于單層地層媒質(zhì),建立了基于RSSI的測(cè)距損耗模型,對(duì)后續(xù)電磁波單層地層媒質(zhì)定位的研究有重要價(jià)值。(2)根據(jù)建立的基于RSSI的單層地層媒質(zhì)測(cè)距損耗模型,推導(dǎo)出符合煤礦應(yīng)用場(chǎng)景的三維四邊測(cè)量定位方法。為了減小定位誤差,采用最小二乘法對(duì)該定位方法進(jìn)行優(yōu)化。討論了定位方法的影響因素,計(jì)算了幾何精度因子。仿真結(jié)果表明,該方法能夠利用不同頻率的電磁波實(shí)現(xiàn)對(duì)不同地層媒質(zhì)的煤礦井下定位。(3)分析了電磁波在分層媒質(zhì)中的傳輸特性。具體分析了 TE波和TM波在地層媒質(zhì)分界面上的透射情況,并給出了反射與透射系數(shù)表達(dá)式。仿真結(jié)果表明,對(duì)于相同發(fā)射功率,TM模式電磁波比TE模式電磁波透入到大地媒質(zhì)的能量大,所以,在無(wú)線透地定位系統(tǒng)中應(yīng)該選擇以TM模式為主的電磁波傳輸信號(hào)。此外,分析了電磁波入射角和透射角在三維空間的關(guān)系和不同頻率電磁波在分層地層媒質(zhì)中的傳輸損耗。為進(jìn)一步研究雙層地層媒質(zhì)的無(wú)線透地定位提供了理論支撐。(4)電磁波在雙層地層媒質(zhì)中的傳輸情況較為復(fù)雜,方向參數(shù)是輻射源參數(shù)中一個(gè)比較可靠的信息量。本文針對(duì)電磁波傳輸?shù)碾p層地層媒質(zhì)煤礦環(huán)境,提出基于RSSI和AOA的定位方法及基于AOA的唯方位定位方法。基于RSSI和AOA的定位方法所需基站少,基于AOA的唯方位定位方法無(wú)需知道信號(hào)功率,減小了設(shè)備復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)仿真表明兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦井下盲點(diǎn)的定位。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5;TD76;TD774
【部分圖文】：

信號(hào)強(qiáng)度值的均方差，取均方值最小的那個(gè)點(diǎn)？＂＾的位置坐標(biāo)作為盲點(diǎn)的坐標(biāo)。逡逑經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷亩ㄎ贿^(guò)程主要分為兩個(gè)部分，離線建立數(shù)據(jù)指紋庫(kù)的訓(xùn)練階段和逡逑實(shí)際應(yīng)用中的在線實(shí)時(shí)定位階段］。如圖２－１所示。逡逑在離線訓(xùn)練階段，首先要設(shè)置定位測(cè)試點(diǎn)，如果測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置較為稀疏，就逡逑會(huì)影響相應(yīng)的定位精度，如果測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置過(guò)于密集，會(huì)造成后續(xù)定位階段計(jì)算逡逑量的倍增。目前，關(guān)于測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置還暫時(shí)沒(méi)有比較系統(tǒng)的方法。設(shè)置測(cè)試點(diǎn)之逡逑后，記錄每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度值及測(cè)試點(diǎn)的ＭＡＣ地址，建立離線數(shù)據(jù)指逡逑紋庫(kù)。在在線定位階段，首先用戶端測(cè)量盲點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度值及對(duì)應(yīng)ＡＰ的ＭＡＣ逡逑地址，上傳至離線數(shù)據(jù)指紋庫(kù)，利用相應(yīng)的匹配算法進(jìn)行匹配，計(jì)算得到盲點(diǎn)的逡逑位置坐標(biāo)進(jìn)行輸出。逡逑９逡逑

邐３００逡逑傳輸距離ｚ／ｍ逡逑圖２－２電場(chǎng)強(qiáng)度與距離的關(guān)系逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｔａｎｃｅ逡逑甚低頻電磁波具有傳播衰減系數(shù)小、抗干擾能力強(qiáng)且穩(wěn)定等特性，比較適合逡逑用于無(wú)線透地通信系統(tǒng)。此外，圖２－２中，相同頻率的電磁波在不同的媒質(zhì)中，傳逡逑輸特性也不相同。由表２－２知，對(duì)于同一頻率電磁波，板巖的衰減系數(shù)大于石灰?guī)r逡逑的衰減系數(shù)，石灰?guī)r的衰減系數(shù)大于砂巖的衰減系數(shù)，所以同一頻率電磁波在板逡逑巖中的衰減速率大于石灰?guī)r的衰減速率，石灰?guī)r的衰減速率大于砂巖的衰減速率。逡逑所以，在無(wú)線透地通信系統(tǒng)中，針對(duì)不同的傳輸媒質(zhì)要建立不同的傳輸損耗模型。逡逑‘邐＾邐１ＫＨＺ逡逑——砂巖逡逑—石灰?guī)r逡逑０邋８邋＿邐、＇邐一邋ｋ邋ｈ邋－逡逑ｒ逡逑？邋°４邋■逡逑Ｉ逡逑０．２邋－邋＼逡逑。逡逑？邋－０．２邋邐１

Ｆｉｇ．２－２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｔａｎｃｅ逡逑甚低頻電磁波具有傳播衰減系數(shù)小、抗干擾能力強(qiáng)且穩(wěn)定等特性，比較適合逡逑用于無(wú)線透地通信系統(tǒng)。此外，圖２－２中，相同頻率的電磁波在不同的媒質(zhì)中，傳逡逑輸特性也不相同。由表２－２知，對(duì)于同一頻率電磁波，板巖的衰減系數(shù)大于石灰?guī)r逡逑的衰減系數(shù)，石灰?guī)r的衰減系數(shù)大于砂巖的衰減系數(shù)，所以同一頻率電磁波在板逡逑巖中的衰減速率大于石灰?guī)r的衰減速率，石灰?guī)r的衰減速率大于砂巖的衰減速率。逡逑所以，在無(wú)線透地通信系統(tǒng)中，針對(duì)不同的傳輸媒質(zhì)要建立不同的傳輸損耗模型。逡逑‘邐＾邐１ＫＨＺ逡逑——砂巖逡逑—石灰?guī)r逡逑０邋８邋＿邐、＇邐一邋ｋ邋ｈ邋－逡逑ｒ逡逑？邋°４邋■逡逑Ｉ逡逑０．２邋－邋＼逡逑。逡逑？邋－０．２邋邐１邐１邐１邐１邐１邐逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００逡逑傳輸距離ｚ／ｍ逡逑圖２－３邋１ｋＨｚ電磁波在不同媒質(zhì)中的傳輸特性逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋１ｋＨｚ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｗａｖｅ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｅｄｉａ逡逑１

【參考文獻(xiàn)】

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1 賈雨龍;李鳳霞;陶晉宜;王鵬;;礦層無(wú)線透地系統(tǒng)中甚低頻電磁波的傳播特性[J];工礦自動(dòng)化;2015年09期

2 陳城;王平;邢建春;張孝鵬;;一種Wi-Fi地下空間二維位置指紋差值定位算法[J];信息通信;2015年07期

3 MA Jing;ZHANG XiaoTong;HUANG QiWei;;Near-field magnetic induction communication device for underground wireless communication networks[J];Science China(Information Sciences);2014年12期

4 潘燁煬;;淺層地下震動(dòng)定位方法研究[J];山西電子技術(shù);2014年03期

5 張偉;;基于粒子群優(yōu)化的三維測(cè)向交叉定位算法[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年05期

6 李洪科;黃麟舒;;測(cè)向交叉定位方法在工程中的應(yīng)用[J];艦船科學(xué)技術(shù);2013年07期

7 彭霞;;礦井電磁波傳輸路徑損耗改進(jìn)模型[J];工礦自動(dòng)化;2013年06期

8 汪晗;齊望東;王坤;;礦井定位系統(tǒng)的測(cè)距調(diào)度算法[J];計(jì)算機(jī)工程;2012年18期

9 姜明新;王洪玉;;基于多層定位的多目標(biāo)跟蹤算法[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

10 彭建盛;李興;秦志強(qiáng);;三維立體空間定位算法的研究與實(shí)現(xiàn)[J];傳感器與微系統(tǒng);2012年07期

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1 張正明;輻射源無(wú)源定位研究[D];西安電子科技大學(xué);2000年

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1 涂志;基于位置指紋的室內(nèi)三維定位技術(shù)研究[D];遼寧大學(xué);2016年

2 王怡文;基于無(wú)線通信的滿來(lái)梁礦井人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2016年

3 李婷;地下震源波束交叉定位算法研究[D];中北大學(xué);2015年

4 柴倫尚;基于災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)定位搜救技術(shù)的無(wú)線信道研究[D];浙江大學(xué);2014年

5 王仁興;基于RFID技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];湘潭大學(xué);2013年

6 錢彬;井下環(huán)境中透地通信技術(shù)的研究[D];燕山大學(xué);2012年

7 李猛;礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及無(wú)線定位技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2012年

8 楊斌;基于RSSI值的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法的研究[D];山東大學(xué);2010年

9 邵奔;基于共面度和分層結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)三維定位算法研究和設(shè)計(jì)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2009年

10 王昭;穿墻雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與定位方法研究[D];電子科技大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2820400