面向应急救援的远距离磁感应透地无线通信理论与技术研究
批准号:
62071032
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
杨维
依托单位:
学科分类:
通信理论与系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨维
中文摘要
透地无线通信系统是煤炭安全生产和灾后救援的一种安全可靠的通信系统,可在灾后救援中发挥独特的作用。透地与通信能力不足以及无法实现对井下发射机精确定位是严重制约现有透地通信系统在井下抢险救灾中发挥作用的瓶颈问题。所申请的项目提出地面或井下发射机天线采用单轴空气线圈,井下或地面接收机天线采用彼此垂直具有高磁导率磁芯的三轴线圈的远距离磁感应透地无线通信方案,以解决现有透地通信系统的瓶颈问题。项目将建立所提出磁感应透地无线通信方案透地无线通信性能分析模型与信道模型;提出方案的高效调制技术,以提高透地无线通信的可靠性与数据速率;提出方案对井下发射机的精确定位技术,以实现对井下人员的精确定位;提出接收机的更高效降噪技术,以显著提高极微弱透地信号的检测能力;研发所提出磁感应透地通信方案的原型系统,以验证所提出透地无线通信方案的性能。为突破远距离透地无线通信与井下精确定位的瓶颈问题打下理论与技术基础。
英文摘要
Through-The-Earth (TTE) wireless communication is a safe and reliable communication system for coal safety production and post disaster rescue, which plays a unique role in post disaster rescue. The insufficient ability of Through-The-Earth and communication as well as the inability to realize the precise positioning of the underground transmitter are the bottleneck problems that seriously restrict the existing TTE communication system to play a role in the underground rescue. The applied project proposes a scheme of remote magnetic induction (MI) TTE wireless communication that the ground or underground transmitter antenna adopts single axis air coil and the ground or underground receiver antenna adopts three axis coils with high permeability cores perpendicular to each other to solve the bottleneck problem of the existing TTE communication system. In this project, the performance analysis model and channel model of the proposed scheme will be established; the efficient modulation technique will be proposed to improve the reliability and data rate of the TTE wireless communication; the precise positioning technology of underground transmitter will be proposed to realize the precise positioning of underground personnel; a more efficient noise reduction technique will be proposed to improve the detection ability of extremely weak TTE signals; a prototype system of the proposed scheme will be developed to verify the performance of the proposed scheme. It will lay a theoretical and technical foundation for breaking through the bottleneck problems of remote TTE wireless communication and underground precise positioning.
透地通信能力不足以及无法实现对井下发射机精确定位是严重制约现有透地通信系统在井下抢险救灾中发挥作用的瓶颈问题。研究面向远距离磁感应透地无线通信所涉及的无线通信性能分析问题、信道模型、高效调制技术,以提高透地无线通信的可靠性与数据速率;研究井下发射机的精确定位技术,以实现对井下人员的精确定位。提出了一种基于信标的磁感应透地通信传输距离分析模型,得到了模型中的参数与透地传输距离的近似关系。基于毕奥-萨伐尔定律与地层介质涡流效应提出了收发机天线采用单轴空气线圈时的信道容量分析方法,建立了磁感应透地通信信道容量分析模型。提出了一种采用单轴空气线圈作为地面发射机天线,采用三个相同参数的空气线圈作为接收机天线的远距离磁感应透地通信方案,所提出的远距离磁感应透地通信方案解决了单轴线圈接收方案中的通信盲区问题,且有效提高了远距离磁感应透地通信系统的覆盖范围和对应急救援场景的适应性。分析了磁感应透地通信系统在不同透地介质参数和透地通信距离下的信道幅频响应、冲激响应和带宽等信道特性,给出了在不同透地介质参数与透地通信距离下磁感应透地通信系统可采用的最大调制阶数。提出了一种基于正交频分复用(OFDM)的远距离磁感应透地通信方法,给出了方法的OFDM设计参数,与基于单载波调制的方案相比,所提出的基于OFDM调制方案的磁感应透地通信系统能够对实时语音信号实现更远距离的透地传输。提出了一种基于定位信号方向和路径损耗的三维磁感应透地定位方法,所提出的透地定位方法实现了从传统的二维定位到三维定位的跨越。井下发射线圈发生倾斜时定位信号与收发机位置间的对应关系会被破坏,利用坐标转换原理建立了与倾斜后井下发射线圈位姿相对应的新坐标系,重构出定位信号与收发机位置间的对应关系,实现了井下发射线圈倾斜时的三维定位。为突破远距离透地无线通信与井下精确定位的瓶颈问题以及开发原型系统打下了理论与技术基础。
基于MB-OFDM-UWB的煤矿井下无线多媒体传感器网络若干关键技术研究
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批准号:51474015
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2014
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负责人:杨维
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依托单位:
煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层自适应无线传输技术研究
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批准号:51274018
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:杨维
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依托单位:
煤矿瓦斯传感技术和无线与综合预警信息系统基础理论与关键技术研究
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批准号:50534060
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项目类别:重点项目
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资助金额:150.0万元
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批准年份:2005
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负责人:杨维
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依托单位:
空域复用MIMO-MC-CDMA方案信号处理技术研究
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批准号:60572036
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2005
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负责人:杨维
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依托单位:
自适应阵列天线MC-CDMA方案信号处理技术研究
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批准号:60372014
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项目类别:面上项目
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资助金额:6.0万元
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批准年份:2003
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负责人:杨维
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依托单位:
国内基金
海外基金