国内外透地通信技术研究现状
时间:2018-03-17 09:13 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 国外早期的地下通信系统是从研究无线电传输机制开始的,NicolaTesla[1]在1899年就提出采用极低频电磁波,以大地为传输介质进行通信的想法。德国著名物理学家阿诺索末菲(ArnoldSommerfeld)和外尔赫尔曼(WeylHermann)[2][3]假设大地是均匀半空间并具有均匀电特征,通过精确的数学推导阐述了地下无线电的理论基础。战争也刺激了地下通信技术的发展,第一次世界大战期间，盟军为了与前线保持秘密联系，设计了TPS通信系统。该系统利用大地信道提供安全通信，采用500~1800Hz的低频电磁波,最大通信距离可达到1km,因为频率比较低,只能用编码的方式进行传输[4]。战争期间，法国物理学家提出另外一个创新方法，即利用低频电磁波地音探听器来探测战区的隧道挖掘情况[5]。但是这种低频电磁波地音探听器有很大的局限性,因为它的带宽很窄,所以抗干扰性非常差，传输的有效信息较少。19722 1949年，南非工程师Wadley[6] 采用频率为300kHz的低频电磁波,在真正意义上成功的研制出了世界上第一个地下通信系统，该系统达到有效通信距离300m,最大通信距离可达到2100m。 1975年5月,美国研究与开发协会向国防核武器局提交了地下电磁感应通信研究报告,报告中显示将通过借助地下地层的电磁信号来实现地下核爆炸时的可靠信息传输。 1978年,Murphy[7]受IEEE年度大会邀请，发表了综述性文章对20世纪60、70年代关于地下通信研究和发展的情况进行了总结。 1988年美国密歇根大学的Ristenbatt等[8]提出,使用1950Hz的地下电磁波传递载波,采用重复255bit最大长度序列的相位调制,探讨了从矿井到地面的灾后通信系统进行方案。该系统大大降低了输入信噪比,这比当时的脉冲发射系统的要求更低,这大幅度的提高了地下通信的可靠性。 1995年,美国科尔切斯特绿山无线电研究公司( Green Mountain Radio Research Company,Colchester )为了减小并去除通信噪声，研究了无线通信中的信号处理方法。此方法将自适应噪声抵消、最大似然检测、非线性处理和自适应反馈结合在一起。测试证明信噪比能得到明显降低,低噪音为获得较高数据传输率、系统优化，小规模通信和天线研究提供了最佳方案。 2002年加拿大采矿研究协会研究人员为了整个矿井的安全工作，提出了一个新型的地下通信系统,该系统利用地下通信的基础设施,通过中心控制系统，能够在几秒内获得矿工信息，并将紧急情况通知给他们。这个系统的优点在于其不需要任何电缆或其他的有线传输介质。 2004年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室提出了在井下进行语音通信，相比于传统通信来说，这种新通信方法是先把语音压缩成500Hz的数字信号，然后加载到地下载波系统，从而实现地面和地下的通信。中间过程中采用高温超导量子干涉仪(HTSQUID)来接收地下语音信号。这种系统可以成功达到100m以外的传播距离。 2006年,美国劳工部提出了地下无线电语音通信系统[9]。证实了无线电频率在实时语音通信系统中也可以在地下进行传播。此系统采用3~8kHz上甚低频工作频率，取得良好效果。 2 国内透地通信技术研究现状 国内在电磁感应地下通信方面要比国外落后很多。早期在引进国外应急救灾系统的时候，曾开展了一些相关研究。比如在七五期间，我国设立了相关机构研究煤矿中频无线电通信，并且在1991通过了国家认可。此技术采用500MHz通信频率，最大通信距离可达到13km，可以穿透有效地面厚度80m。 在矿井地下通信系统开发方面,机电36所成功开发了KT2007中频地下无线电通信装置,并且成功通过国家鉴定。它的原理是，采用频率为400~630kHz,单边带调制,背带环形天线的通信方案，最终达到通信距离在1km左右,并且具有穿透地下岩层的能力,但其穿透能力很弱。1993年8月,常州自动化研究所研制了KTY3A型矿用无线电电话机,它采用的频率455~512 kHz同频、窄带调频、磁棒天线[10]工作方式，最终取得良好效果，通过国家鉴定。并且于2000年,被列入国家技术创新项目计划。2000年6月该系统在山西第一水平主巷道进行传输距离2km的试验,通信效果良好。 (责任编辑：qin) |