金屬礦井超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡的應用研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是當前國際上備受關注、多學科高度交叉的一個前沿熱點研究領域,其綜合了傳感器、嵌入式計算、網(wǎng)絡與通信技術,具有成本低、布置靈活、維護方便等優(yōu)點,在現(xiàn)代礦井智能化監(jiān)測系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應用。金屬礦井井下環(huán)境特殊,巷道交錯聯(lián)通、空間狹小、傾斜有拐彎、巷道表面粗糙等,因此,井下無線通信監(jiān)測系統(tǒng)不同于地面,要求井下監(jiān)測通信設備具有體積小、強的抗衰落能力與抗干擾能力等特點。超寬帶(Ultra Wideband,簡稱UWB)是近年

2、來發(fā)展非常迅猛的一種新興無線通信技術,它擁有強的抗多徑能力與干擾能力、數(shù)據(jù)傳輸速率高、系統(tǒng)復雜度低等優(yōu)點,對進行金屬礦井這種特殊環(huán)境下的無線通信具有獨特的優(yōu)勢。江西省金屬礦藏豐富,鎢礦和銅礦等資源位居國內(nèi)前列,本文結(jié)合地方資源優(yōu)勢,開展超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡在礦井下的應用研究工作,具體內(nèi)容如下:
　　(1)在研究超寬帶信號調(diào)制技術、超寬帶無線傳輸系統(tǒng)基礎上,給出了超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)框架,闡述了各部分的功能與實現(xiàn)方式,并對超寬帶

3、無線傳感器網(wǎng)絡的路由技術與媒體訪問控制(Media Access Control,簡稱MAC)協(xié)議進行研究,提出了適合金屬礦井超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡的路由技術與MAC協(xié)議。
　　(2)在比較超寬帶通信系統(tǒng)兩種常見技術方案基礎上,研究了超寬帶通信系統(tǒng)脈沖波形的特征,給出了適合金屬礦井這一應用環(huán)境的超寬帶通信系統(tǒng)方案與脈沖波形。
　　(3)金屬礦井井下環(huán)境與地面廣闊空間有很大的不同,井下有多種因素影響電磁波的傳輸,在研究井下電磁波

4、傳輸?shù)墓逃袚p耗與附加損耗基礎上,建立了金屬礦井超寬帶路徑損耗模型,預測超寬帶信號在金屬礦井下傳輸過程中的路徑損耗。
　　(4)利用三極管的雪崩效應來產(chǎn)生近似一階高斯超寬帶脈沖信號,采用射極跟隨器來檢測超寬帶脈沖信號,天線設計采用超寬帶微帶貼片天線來提高井下超寬帶信號輻射的全向性。通過仿真分析,設計出滿足金屬礦井這一應用環(huán)境的超寬帶脈沖信號產(chǎn)生電路、超寬帶脈沖信號檢測電路以及超寬帶微帶貼片天線,最后提出了超寬帶無線收發(fā)系統(tǒng)的設計方案