《地表下無線感測網自適應中長波天線及磁通信技術研究》是依託北京科技大學，由徐金梧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：地表下無線感測網自適應中長波天線及磁通信技術研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：徐金梧
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無線地下感測器網路可對地層參數、地下設施及管線等實施監測，是物聯網的重要組成。然而隨著頻率的升高，地層中電磁波的衰減將急劇增加。現有無線感測器網路多工作於高頻波段，在地層中電波傳播路徑損耗大，通信距離短，實用性較低。本課題擬針對五種典型地表下區域展開無線信道特徵研究，在此基礎上研發無線感測器網路低損耗中長波電小天線，同時考慮地層參數的時變性及地表面橫波成分，提出自適應天線調整策略。針對長距離地下管線，研究地下管線寄生大尺寸天線，用於地層中遠距離通信。針對含水量較高的高損耗地層，研究無線地下感測器網路磁感應通信技術，提出中繼線圈的共面擺放策略，設計並引入自動半雙工有源磁感應中繼線圈，以有效延長磁信號傳播距離。本課題的成果將為地下物聯網的發展奠定理論及技術基礎，並推廣到水下物聯網的套用中，具有重大的理論及實用價值。
結題摘要
本項目將大地媒質中電磁波的傳播作為研究對象，以甚低頻電磁波為基本出發點，對其在地層中的傳播情況和規律進行分析和探討。基於耦合通信原理，針對透地通信、地下人員定位等實際套用研究甚低頻超窄帶通信技術，重點研究地下環境分布監測、智慧型管線通信等甚低頻磁感應波傳播理論和模型。項目主要研究內容和成果具體如下： （1）大地媒質中電磁波傳播規律研究基於透地通信系統的基本模型，對成層介質條件下垂直磁偶極子的輻射場進行理論分析和推導，並通過數值計算的方法對不同頻率電磁波在地層中的傳播情況進行仿真。通過對天線近場輻射規律的總結，可以有效指導無線透地通信系統的設計與參數選擇。 （2）甚低頻磁感應波的地下長距離管線通信研究針對分散式地下環境實時監測、石油開採過程中的電磁波隨鑽測量等長距離地下管線監測等套用需求，研究了方形柵格結構和正六邊形蜂窩結構的磁感應網路的傳播規律和性能，同時研究了基於電感耦合、電容耦合的磁感應波的地下管線通信方式。通過建立實驗平台和時域傳播仿真，驗證了甚低頻磁感應波傳播方式的有效性和可行性，為建立地下無線感測器網路和地下長距離管線通信技術提供了理論基礎。 （3）提出基於雙環形天線接收系統的非高斯噪聲提取與主動消除方法甚低頻段的非高斯噪聲比較突出，其時域表現為出現時刻隨機、幅值非常大而持續時間極短的尖峰脈衝，傳統的降噪方法受到挑戰。本項目首先對甚低頻通信系統在不同環境下的噪聲進行了大量測量和特徵統計，並基於非高斯噪聲的特點分析討論了接收系統及接收天線的設計方案，提出了基於寬頻天線和窄帶天線的雙天線時域主動降噪方法，即在寬頻天線接收的基礎上通過使用時間窗函式實現非高斯噪聲的提取，並通過建立接收系統的傳遞函式從而實現窄帶接收系統有用信號中非高斯噪聲的消除。該方法可以為有效指導透地通信系統中非線性接收機的設計，提高系統接收效率。（4）透地通信系統方案及電路設計為實現無線透地通信系統的工程套用，本項目對甚低頻超窄帶無線透地通信系統的機理進行研究，並對整體設計原則和依據進行分析；對透地通信系統的各個功能模組進行設計和電路實現。提出“礦山應急救援無線雙向透地通信系統”和“地下人員定位系統”套用模式，並進行現場測試，可以實現500米左右透地通信距離，達國際領先水平。
