電磁波穿透地層分層媒質的傳輸特性研究.pdf

1、煤礦是我國主要能源，科學的煤礦生產(chǎn)對我國現(xiàn)代化發(fā)展具有重要作用。但是近幾年，我國煤礦事故頻發(fā)，人員傷亡和經(jīng)濟損失都比較慘重。因此，建立科學，可靠，有效的礦井透地通信系統(tǒng)對保障礦工的生命安全和國家財產(chǎn)都具有重要的現(xiàn)實意義。由于地層的復雜結構和具有導電性的大地媒質，電磁波在其中傳輸時存在嚴重衰減。所以研究電磁波在地層媒質信道中的傳輸特性對于建立穩(wěn)健的礦井透地通信系統(tǒng)來講是一個必要條件。而在目前，對電磁波在復雜地層媒質信道傳播特性的研究成果仍

2、然不足。本文針對電磁波在地層媒質信道的傳播衰減特性進行了深入研究，開展的主要工作及獲得的結論如下:
　　(1)針對現(xiàn)有構建地層分層模型算法的不足，提出了一種基于粒子群-遺傳算法(Particle Swarm Optimization-Genetic Algorithm，PSO-GA)的克里金(Kriging)插值法，利用該方法對變異函數(shù)的參數(shù)進行了優(yōu)化，建立了地層分層媒質模型。仿真表明，采用所提出的基于PSO-GA的Kriging

3、插值法建立透地通信地層分層媒質模型可獲得更好的尋優(yōu)性能及尋優(yōu)穩(wěn)定性。同時，基于提出的算法，在VC6.0中實現(xiàn)了地層分層模型剖面圖，利用剖面圖的分層形態(tài)，對后續(xù)電磁波穿透地層媒質的分析有重要價值。
　　(2)根據(jù)建立的地層分層模型剖面圖知，電磁波透地通信傳播時除了傳播媒質本身的復雜外，地層模型也是不規(guī)則的。因此，本文建立了不規(guī)則地層分層計算模型。通過分析電磁波入射角與不規(guī)則地層分層傾斜角的幾何關系，推導了電磁波在不規(guī)則地層分層中正向

4、和反向傳播時電場強度和磁場強度的衰減情況。仿真表明，正向傳播與反向傳播電磁波的衰減情況通常是不同的，這不僅與地層分層的不規(guī)則性有關，還與電磁波正向和反向傳播時進入地層介質的先后次序是不同的有關;而且電場強度的衰減速度一般要大于磁場強度的衰減速度，特別是電磁波剛進入到地層的初始階段。
　　(3)針對時間域有限差分法(Finite Difference Time Domain，F(xiàn)DTD)模擬電磁波穿透時存在計算精度和穩(wěn)定性的問題，本文