電磁波穿透地層分層媒質(zhì)的傳輸特性研究.pdf

1、煤礦是我國主要能源，科學(xué)的煤礦生產(chǎn)對(duì)我國現(xiàn)代化發(fā)展具有重要作用。但是近幾年，我國煤礦事故頻發(fā)，人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失都比較慘重。因此，建立科學(xué)，可靠，有效的礦井透地通信系統(tǒng)對(duì)保障礦工的生命安全和國家財(cái)產(chǎn)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于地層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和具有導(dǎo)電性的大地媒質(zhì)，電磁波在其中傳輸時(shí)存在嚴(yán)重衰減。所以研究電磁波在地層媒質(zhì)信道中的傳輸特性對(duì)于建立穩(wěn)健的礦井透地通信系統(tǒng)來講是一個(gè)必要條件。而在目前，對(duì)電磁波在復(fù)雜地層媒質(zhì)信道傳播特性的研究成果仍

2、然不足。本文針對(duì)電磁波在地層媒質(zhì)信道的傳播衰減特性進(jìn)行了深入研究，開展的主要工作及獲得的結(jié)論如下:
　　(1)針對(duì)現(xiàn)有構(gòu)建地層分層模型算法的不足，提出了一種基于粒子群-遺傳算法(Particle Swarm Optimization-Genetic Algorithm，PSO-GA)的克里金(Kriging)插值法，利用該方法對(duì)變異函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，建立了地層分層媒質(zhì)模型。仿真表明，采用所提出的基于PSO-GA的Kriging

3、插值法建立透地通信地層分層媒質(zhì)模型可獲得更好的尋優(yōu)性能及尋優(yōu)穩(wěn)定性。同時(shí)，基于提出的算法，在VC6.0中實(shí)現(xiàn)了地層分層模型剖面圖，利用剖面圖的分層形態(tài)，對(duì)后續(xù)電磁波穿透地層媒質(zhì)的分析有重要價(jià)值。
　　(2)根據(jù)建立的地層分層模型剖面圖知，電磁波透地通信傳播時(shí)除了傳播媒質(zhì)本身的復(fù)雜外，地層模型也是不規(guī)則的。因此，本文建立了不規(guī)則地層分層計(jì)算模型。通過分析電磁波入射角與不規(guī)則地層分層傾斜角的幾何關(guān)系，推導(dǎo)了電磁波在不規(guī)則地層分層中正向

4、和反向傳播時(shí)電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的衰減情況。仿真表明，正向傳播與反向傳播電磁波的衰減情況通常是不同的，這不僅與地層分層的不規(guī)則性有關(guān)，還與電磁波正向和反向傳播時(shí)進(jìn)入地層介質(zhì)的先后次序是不同的有關(guān);而且電場強(qiáng)度的衰減速度一般要大于磁場強(qiáng)度的衰減速度，特別是電磁波剛進(jìn)入到地層的初始階段。
　　(3)針對(duì)時(shí)間域有限差分法(Finite Difference Time Domain，F(xiàn)DTD)模擬電磁波穿透時(shí)存在計(jì)算精度和穩(wěn)定性的問題，本文