基于RFID技术的矿井人员定位监控系统研究(4)

６９．９

７５

９７

１２４

１５２

１７９３００００．１０．０７３．９９４．１６２０００Ｏ．２３０．１２．６６２．９９５７．８６６１７３８８１０３１１８１００００．９１Ｏ．２ｌ１．３３２．４５４５．８２４８５８７０８ｌ９３４１５５．３４Ｏ．５０．５５６．３９２００２６１．０４Ｏ．２７２４．３ｌ１７．８４２１３９２６１３８３５０４１００９２２．０８０．１４９４．２５．８１００４７７９４８４１９１８９０天线插入损耗３０米损耗１５０米损耗３００米损耗４５０米损耗６００米总损耗６４．８８６９８６１０７１２７１４８３０．４８３７６２９４１２６１５８

表ｌ是部分频率在平直巷道中的损失。可见，频率越高，传输衰减越小，但当频率升高时，电波的拐弯能力变差，拐角处的损耗增大，传输距离减小。

２）衰减与曲率的关系‘７１。衰减随着巷道曲率增加而增大。例如，通信频率为９００ＭＨＺ，对于同样巷道壁、截面大小一样的巷道，平直时，传输距离可达到约６００Ｍ，当巷道弯曲９０。时，传输距离只有３００Ｍ。又如，通信频率为４１５ＭＨＺ时，

表２弯曲隧道中频率对衰减率的影响

Ｔａｂｌｅ２ｔｉｔｌｅｏｆｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｄｅｃａｙｒａｔｅｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎＣｕｒｖｅｄｔｕｎｎｅｌ

总损耥

工作频率拐弯损耗

１５０米３００米

２０５

１８４

１６２

１３８

１５２

３０６４５０米２３２２０５１７７１４８１８４４３０６００米２５９２２６１９２１６１２１６５５１４０００３０００２０００１０００４１５２００８０．２７７．６７４．１６７．６５７．７４７．３１７７１６３１４７１２６１２０１８７

直线传输距离可达到３８０Ｍ，而遇到拐角时只能达到１２７Ｍ。可见，有拐角的传输距离一定小于直线的传输距离。

表２是部分频率在有一个拐弯处的损耗。从表中可以看出：在有一个转弯的情

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第２章矿井人员定位技术概述

况下，传输１５０米时，４１５ＭＨｚ损耗最小为１２０ｄＢ；传输３００米时，１０００ＭＨｚ损耗最小为１３８ｄＢ；传输４５０米时，１０００ＭＨｚ损耗最小为１４８ｄＢ。通过对矿井无线传输特点的分析，可以看出，特低频、甚低频、特高频频段衰减最小，拐角损耗随着频率的升高而逐渐增大。中频段借助于感应体传输距离也可以达到一千米以上，但由于工作频率较低时，易受工频电磁干扰，且信道容量小，要求发射机功率大，无线体积大。特别是中频感应通信，当感应线发生故障或无纵向导体时，通信距离大大减小。因此，矿井移动通信系统不适合选用频率较低的工作频率。

３）巷道半径对无线传输的影响

矿井无线传输受巷道截面等效半径与波长的比值影响，比值越大，传输衰减越小，巷道断面大比断面小对通信更有利【ｌｏ】。巷道截面对无线传输影响程度与波长有关，当巷道截面等效半径与波长相差不大于１０倍时（大于或小于），巷道截面尺寸对无线传输的影响最大，当巷道截面等效半径远远大于或远远小于波长时，巷道截面对无线传输的影响较小。由于巷道截面一般在几平方米至十几平方米之间变化，因此，巷道截面对中频及其以下频率的无线传输影响较小，对高频、甚高频和特高频的无线传输影响较大，对微波频的无线传输影响小。

４）衰减与粗糙度、倾斜度的关系【８１。当电波在巷道中传播时，由于巷道壁的粗糙与倾斜，将引起电波损耗。当频率较低时，粗糙所引起的损耗较大；当频率较高时，倾斜所引起的损耗较大。

５）接收点有用信号十分微弱

首先，在井下移动通信中，天线的发射效率要低，满足本质安全性能要求。其次，无线电波在井下巷道这样一个特定的非自由空间传播，决定电磁波传播速度的煤岩层介电常数ｅ和磁导率Ｐ变化很大，因而传播速度也不断发生变化。再次，由于巷道壁、井下障碍物等反射，形成反射波。因此，到达基站接收天线的信号不止一个，由于它们有着不同的幅度、相位和时延量，使到达基站接收的信号时大时小，造成多径效应的现象。致使接收点的有用信号十分微弱，通信非常困难。

６）井下环境机电噪声干扰严重

煤矿井下空间窄小，机电设备相对集中、功率大。因此，电磁干扰严重，特别是大型机电设备启停，架线电机车电火花等对通信设备干扰大。

２．３．２井下通信频段选择

煤矿井下频率对无线传输的影响可知，在甚高频、特高频段及微波频段，随着频率的增大，衰减变小。另一方面，考虑到煤矿巷道截面大小对无线传输的影

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安徽理］：人学硕十学位论文

响

兄＝｛Ｊ（２—１）

Ｄ＝÷（２－２）

其中，．为巷道截面等效半径，一般情况下，Ｓ巷＞６ｍ２，，．＞１．３８ｍ。Ｄ为巷道等效半径与波长的比值，若Ｄ＞１０，上述巷道截面对电磁波衰减小，需频率ｆ＞２．１８ＧＨｚ。故为了最大程度上减小电磁波在巷道中的衰减，增大传输距离，在此，采用２．４ＧＨｚ的频段设计。

２．３．３调制技术

为了增加读卡器和标识卡间的无线传输距离，通过提高一定距离上的的信噪比来实现。根据香农定理【２０】

ｃ＝ＢＬｏｇ（１＋万Ｓ）（２－３）

其中，Ｃ为信道容量，Ｂ为信道带宽，Ｓ为信号功率，Ｎ为噪声功率。提高信号和噪声之间的功率比能够增加信道容量。信道容量一定时，带宽Ｗ与信噪比Ｓ／Ｎ之间可以互换，即提高信噪比与提高带宽具有等价意义。煤矿井下频率是开放的，对比ＲＦＩＤ系统使用的４３３ＭＨｚ、８６８Ｍ比棚１５ＭＨｚ以及２．４ＧＨｚ等频段的信道频带，２．４ＧＨＺ频率的信道频率带宽达到１ＭＨＺ，远远大于其它两个频段的信道带宽，有利于弥补信号的衰减。标识卡通过曼切斯特编码，然后采用ＧＦＳＫ方式，对２．４ＧＨｚ频段的载波进行调制，通过可调节的功率放大器进行信号放大后经天线发射，读卡器接收到信号，采用相应的解调和解码方式对数据还原。这种方式能够有利于避免数据传输的错误，提高系统抗干扰性。

２．３．４防碰撞算法

ＭＴ２０９—９０《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》中要求并发识别数量不得小于８０，所以在人员定位系统的设计中必须考虑标识卡和读卡器之问的通信冲突问题。为了提高识别率，需要对读卡器和标识卡组成的ＲＦＩＤ系统进行防碰撞算法设计，保证标识卡和读写器之间的数据能够很好的进行通讯。当阅读器作用范围内存在多个标签时，在这样的系统中存在着两种不同的基本通信方式：从阅读器到标签的数据传输和从标签到阅读器的数据传输。第一种通信方

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第２章矿井人员定位技术概述

式也称为“无线电广播”。第二种通信方式即在阅读器的作用范围内有多个标签的数据同时传输给阅读器，这种通信形式称为多路存取。每个通路拥有规定的通路容量，分配给每个用户的通路容量必须满足：当多个标签同时把数据传输给一个单独的阅读器时不能出现相互干扰，即碰撞。在ＲＦＩＤ系统中，解决碰撞的算法称为反碰撞算法，主要有三种方法：空分多路法（ＳＤＭＡ）、频分多路法（ＦＤＭＡ）、时分多路法（ＴＤＭＡ），而空分多路法由于其复杂的天线系统的高费用使得应用不是很广泛，频分多路法的使用使得阅读器的费用比较高，应用也受到了限制。 …… 此处隐藏：1159字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……