煤矿工作面可见光通信系统光源布局优化研究

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1、博士学位论文煤矿工作面可见光通信系统光源布局优化研究OptimizationofLightSourcesLayoutinVisibleLightCommunicationSystemofCoalMineWorkingFace作者：游春霞导师：张申教授中国矿业大学二〇一七年十月万方数据中图分类号TN929.12学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学博士学位论文煤矿工作面可见光通信系统光源布局优化研究OptimizationofLightSourcesLayoutinVisibleLightCommunication

2、SystemofCoalMineWorkingFace作者游春霞导师张申申请学位工学博士培养单位信电学院学科专业信息与通信工程研究方向通信与信息处理答辩委员会主席朱昌平评阅人二○一七年十月万方数据学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教

3、学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日II万方数据致谢在博士论文完成之际，衷心感谢在作者攻读博士期间给予指导、帮助和支持的师长、同学、同事、朋友和家人！首先，感谢导师张申教授！张申教授渊博的知识、无私的人格魅力、一丝不苟的科研精神和言传身教的科研作风深深影响着我，能够在张老师的指导下学习是我的幸运。在攻读博士阶段张申教授

4、给予我从科研选题、科研方法、科研思路、论文写作、修改、专利申请等方面的无私指导和帮助，导师几十年如一日，身体力行，工作在科研工作的第一线，孜孜不断的追求科研创新，走在科学研究的前沿，在科研中培养了一批又一批优秀的博士研究生和硕士研究生。不经历风雨，如何见彩虹。科研的道路是崎岖的，曲折的，从刚开始选题的困惑犹豫，到进入课题初始阶段的迷茫，不知所措，再到研究问题的提炼；从阅读文献的艰难，到能够深入阅读，阅读速度的提高，理解能力的逐步加深；从实验方法的错误、修正、改进到不断完善；从论文写作的杂乱无章，到论文写作技巧的把握；从看到论

5、文写作的畏惧，到思路的不断涌现；所有这些都经过了很长时间的训练，在导师的指导下得以完成。课题研究中感谢实验室张然博士、宋泊明博士给予理论研究方面的帮助，感谢胡青松副教授给予的指导，感谢翟彦蓉博士给予的图形设计方面的帮助，感谢王刚副教授给予实验条件支持，感谢王亚军博士在理论推算方面的帮助。感谢实验室研究生朱梦影、张胜、吴燕在实验上给予的帮助，感谢同事马勇、魏明生、王勇等给予的多方面的帮助！感谢论文投稿中多位审稿人的仔细审阅以及修改意见，感谢答辩小组对论文提出的宝贵意见！感谢国家科技支撑计划2013BAK06B05的经费支持，感

6、谢江苏省科技成果转化计划BA2016016的经费支持，感谢徐州市科技计划项目KC14SM097的经费支持！感谢工作单位江苏师范大学各位同事和领导，在读博期间给予的支持和帮助！感谢父母给予我的精神上支持和无私帮助，感谢先生邓心强博士给予的理解、支持和帮助，感谢女儿彤彤带给我的快乐和感动！IV万方数据摘要煤矿井下环境特殊，工作面是煤矿开采的重要工作区间，布置着大量的机械设备，随着采煤机不断掘进，空间不断变化，是可变通信空间。近几年来快速发展可见光通信技术，属于短距离无线通信技术，随着传输距离的增加光信号快速衰减，接收的光信号主要

7、来源于光直接照射，并能够在提供井下照明的同时提供通信。鉴于此，本论文研究了煤矿工作面可见光通信系统，尤其是其中光源布局的优化研究。针对煤矿工作面特殊形状的通信空间，多个光源点共同作用下，考虑光直接照射和煤层墙壁、液压支架、采煤设备等的一次反射、二次反射和三次反射，利用光线追踪法，建立了煤矿工作面可见光通信系统的模型。针对煤矿工作面可见光通信系统中多个等功率均匀阵列分布光源点协同照射下，接收平面光信号分布不均匀问题，提出了优化LED光源功率的改进方法，引入了信噪比因子衡量接收平面信噪比均匀性。针对长方体型的通信空间，等功率光源

8、点作用下，中间大部分位置光信号分布均匀，四周光信号值较小的问题，设计了基于边缘功率优化的功率调节方法，相比等功率光源，信噪比因子降低了52.7%。进一步设计了应用群体优化算法优化每个LED光源的功率，接收平面信噪比均匀性进一步提高，相比与等功率光源，信噪比因子降低了60.4%。针对可见光通