基于电流场理论地下数字通信系统设计与实现

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于电流场理论的地下数字通信系统设计与实现硕士研究生：王美玲指导教师：薛伟副教授学位级别：工学硕士学科、专业：通信与信息系统所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2013年3月4日论文答辩日期：2013年3月12日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesignandImplementationofUndergroundDigitalCommunicationSystemsbased

2、onCurrentFieldTheoryCandidate:WangMeilingSupervisor:A.P.XueWeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:CommunicationandInfomationSystemDateofSubmission:March,4th,2013DateofOralExamination:March,12th,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创

3、性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机

4、构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于电流场理论的地下数字通信系统设计与实现摘要我国矿产资源丰富，然而矿难事件频发。如果能够实现

5、地下与地面的无线通信，将会极大地提高救援效率。目前我国还没有自主知识产权的矿井透地应急救援通信系统。矿难发生时，其他有线通信手段往往会发生中断，信号如何穿透地层实现与地下信息的双向传输问题是矿井无线应急通信的关键瓶颈技术。而采用电偶极子天线，基于传导电流场理论实现透地信息传输是解决该瓶颈问题的行之有效的方法之一。本文在分析国内外地下通信的研究背景下，选用具有天线体积设计小、对环境依赖性小的基于电流场理论的通信方式。首先，介绍传导电流场透地通信理论，分析信号传输的原理。建立该传输方式的数学模型，并构建基于MATLAB的软件仿真平台

6、，分析传输距离、信号频率与电导率对信号传输的影响。然后，在实地环境中建立物理仿真模型，讨论传导电流、传输距离，电磁干扰以及噪声对信号传输的影响，并观察仿真图形，为后续的系统设计提供优化的参数。最后，在理论研究和软件仿真分析的基础上，选取具有频带窄、功率利用率高、抗衰落、可用非相干进行解调的π/4-DQPSK作为数字传输方案，设计了基于FPGA的电流场地下通信系统。重点编制了基于Verilog的π/4-DQPSK调制和解调程序，通过模块化实现调制解调过程，方便程序的修改和调试；研发了该系统的硬件实现平台（含发送、接收电路，小信号放

7、大电路，功率放大电路）；此外还进行了变压器的设计，使天线的阻抗与功率放大器阻抗实现匹配，以完成大功率发送信号。整个通信系统从串口收发，对信号进行调制解调以及D/A、A/D控制均可通过软件编写实现，体现了软件无线电的思想。关键字：电流场通信；电偶极子天线；π/4-DQPSK；FPGA；阻抗匹配基于电流场理论的地下数字通信系统设计与实现ABSTRACTThecountryisrichinmineralresources,mineincident,however,frequent.Ifwecanachievewirelesscommu

8、nicationundergroundandground,willgreatlyimproverescueefficiency.Atpresent,Chinadoesn'thavetheindependentintellectualpropertyrightso