井下巷道超高頻無線電波傳播及定位算法的研究.pdf

1、未來幾十年內(nèi),煤炭依然是我國的主要能源,以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)將難以改變,因此煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)問題是目前及今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)重點(diǎn)問題.井下人員定位技術(shù)是煤礦中搶險(xiǎn)救災(zāi)、最大限度地拯救井下人員生命的關(guān)鍵技術(shù)之一,得到各國政府和科技工作者的廣泛關(guān)注.本文分析了UHF(ultra highfrequency)無線電波在井下巷道中的傳播規(guī)律,以此為基礎(chǔ)研究了適于井下應(yīng)用的人員定位技術(shù)及相關(guān)算法,順應(yīng)了煤礦井下安全管理向科學(xué)化、信息化、數(shù)

2、字化方向發(fā)展的需求,主要研究內(nèi)容包括: 1.UHF無線電波井下傳播規(guī)律的研究將井下巷道視為空心介質(zhì)波導(dǎo),用幾何光學(xué)的鏡像法及波導(dǎo)模式理論分析了UHF無線電波在井下巷道內(nèi)近場區(qū)、遠(yuǎn)場區(qū)的傳播規(guī)律,結(jié)合兩種方法建立了比較完善的UHF無線電波井下傳播特性的預(yù)測理論.并確定采用基于來波到達(dá)時(shí)間TOA(time of arrival)的方法實(shí)現(xiàn)井下人員定位. 2.井下巷道中的時(shí)域TOA及頻域IFT-TOA方法研究分析時(shí)域?qū)拵OA

3、方法在多徑信道中應(yīng)用時(shí)存在的問題；討論了頻域TOA的逆傅立葉變換(IFT)方法,即IFT-TOA方法.對(duì)于單路徑信道,提出了IFT-TOA方法的非同步采樣插值校正公式；對(duì)于多路徑信道,研究了IFT-TOA方法的頻域加窗插值算法. 3.基于MIJSIC算法和OFDM技術(shù)的頻域超分辨率TOA算法研究用白噪聲中的諧波過程對(duì)井下巷道的頻域響應(yīng)建模,將諧波恢復(fù)中基于自相關(guān)矩陣特征分解的超分辨率譜估計(jì)理論應(yīng)用于TOA估計(jì)當(dāng)中.利用多重信號(hào)分

4、類MUSIC(muItiple signal classification)算法可獲得超分辨率時(shí)延估計(jì)性能,借助先進(jìn)的正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)可獲得準(zhǔn)確、可靠的信道頻域特性,由此提出基于MUSIC算法及OFDM技術(shù)的超分辨率TOA算法,即MO-TOA算法,并對(duì)算法各項(xiàng)性能進(jìn)行了理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 4.帶限及噪聲背景下的MO-TOA算法研究對(duì)