地震波通信抗干扰载波信号设计及信道编码研究

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随着国家经济快速发展,对矿产资源的需求日益增加,地下矿井的安全生产成为重中之重。地下矿井由于地质结构复杂,常常发生坍塌、突水和瓦斯泄露等灾难事故。通常当重大灾害发生时,有线通信电缆极易遭到毁坏,导致被困人员与外界失去联系,阻碍救援工作的顺利进行。而大地信道特性相对稳定,因此能够使用地下无线通信系统作为应急通信手段,协助灾后救援工作。由于当前的地下无线通信系统一般都使用电磁波作为通信载波,电磁波在地下衰减过快导致通信距离短、可靠性不高。本文提出了一种电磁式可控震源地震波通信方法,利用地震波作为载波传递求助和救援信息,探讨地震波用于地下通信的可行性。首先分析地震波的特性以及它在地下介质中的传输衰减规律,探究地震波用于通信的可行性。采用电磁式可控震源作为信息发送设备,通过数字调制技术将要传输的数据信息加载到载波信号上,控制电磁式可控震源激发对应的地震波信号,地震波经地下介质传输再由地震检波器接收,对接收地震波信号进行解调和译码即可获取传输数据信息。针对地下通信信号衰减快和噪声干扰严重的问题,本文从载波信号的角度开展研究,提出了两种抗干扰载波信号设计方案,分别为最小频移键控调制(MSK)信号和伪随机分段扫频调制(PRSSM)信号。经仿真与实验研究,两种载波信号均能在地下介质中实现信息传递,并且PRSSM信号相比于MSK信号抗干扰能力更强,能有效压制随机噪声干扰,提升地震波通信的有效通信距离。最后为了解决地震波传输过程中产生的错码导致可靠性不高的问题,本文从信道编码的角度开展研究,提出了两种信道编码方案,分别为LBCOOK和CCOOK。信道编码能够纠正地震波信号在地下传输过程中产生的错码,降低通信误码率,提高地震波通信系统的可靠性。通过数值模拟研究了两种信道编码方案的纠错性能,结果表明LBCOOK和CCOOK能够有效降低地震波通信误码率,在相同信噪比时,CCOOK的纠错能力更强,能够更有效地提升地震波通信系统的可靠性。本文提出的电磁式可控震源地震波通信方案,采用电磁式可控震源作为信息发送装置,采用经数字调制后的地震波信号传输指令信息。结合电磁式可控震源的工作原理设计了两种抗干扰载波信号,并设计了两种信道编码方案用于纠正地震波通信的传输错码。本文研究的电磁式可控震源地震波通信方法,为后续的地震波通信系统的研究以及地下矿井灾后救援提供了一定的借鉴经验,在现有通信技术失效的极端环境下,地震波通信能作为一种应急通信手段更好地保障关键信息的有效传递。
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