基于跳频技术的矿井下定位通信系统研究与设计

论文摘要

目前，矿井下通信的可靠性在当今世界依然是个难题，矿井下通信存在复杂的多径和多址干扰，导致传统的通信系统在矿井下不能良好工作，为满足当前煤矿安全生产和科学管理要求，必须提高矿井下通信系统可靠性。本文根据煤矿井下所做的实验结果研究矿井下定位通信系统。全文分四个部分对矿井下通信系统做了研究和设计，提出研究设计方案。第一部分研究通信系统硬件设计。详细介绍了通信系统的工作原理，各种元器件的选择和系统核心电路外围电路的设计，从硬件上保证数据可靠性。第二部分研究系统软件设计。选择CSMA协议作为本系统的无线接入技术。提出了通信协议和基站识别卡软件设计，从软件上保证数据可靠性。第三部分研究矿井下无线信道特点和编码信道模型，着重研究有关跳频序列的生成方法，提出一种基于改进交织技术无碰撞区跳频序列的构造，并将其应用到本系统中，解决通信系统存在的多径和多址干扰问题。第四部分对通信系统的传播距离和误码率两项重要技术指标进行分析，其实际传播距离和误码率完全满足系统需要。另外，在其他矿井应用本系统只要做实验测定各个频段的电磁干扰，修改系统的射频频率就可通用。并且本系统具有投入成本低、开发周期短、易于安装维护，良好的技术经济效益等优点，可以在矿山等地下工程中推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文组织
• 第2章 矿井下定位通信系统硬件设计
• 2.1 矿井下定位通信系统结构和功能
• 2.2 基站和识别卡工作原理
• 2.3 核心硬件电路设计
• 2.3.1 基站主要电路设计
• 2.3.2 识别卡电路设计
• 2.4 硬件抗干扰设计
• 2.4.1 抗电源干扰
• 2.4.2 射频收发模块 PCB设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 矿井下定位通信系统软件设计
• 3.1 通信协议设计
• 3.1.1 射频收发模块之间通信协议
• 3.1.2 上位机与基站之间通信协议
• 3.2 软件设计
• 3.2.1 基站软件设计
• 3.2.2 识别卡软件设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于改进交织技术无碰撞区跳频研究
• 4.1 通信系统的信道模型
• 4.1.1 矿井下无线信道模型
• 4.1.2 矿井下无线信道特点
• 4.2 编码信道模型选择
• 4.2.1 信道差错序列与差错概率的基本概念
• 4.2.2 BSC模型
• 4.2.3 GBSC模型
• 4.3 基于改进交织技术无碰撞区跳频序列设计
• 4.3.1 无碰撞区及无碰撞区跳频码的概念
• 4.3.2 素数法
• 4.3.3 交织序列
• 4.3.4 基于改进交织技术无碰撞区跳频码的构造
• 4.4 本章小结
• 第5章 矿井下定位通信系统技术指标分析
• 5.1 通信系统的传播距离分析
• 5.1.1 传播距离分析的理论依据
• 5.1.2 理论传播距离和实际传播距离计算
• 5.2 通信系统误码率分析
• 5.2.1 未采用纠错编码的GBSC信道模型误码率
• 5.2.2 采用 NHZ码的GBSC信道模型误码率
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附录1
• 附录2