隧道通信施工技术论文篇二
一种深井隧道通信系统
【摘要】 本文介绍一种借助井下隧道铺设的泄漏感应传输线进行无线电通信的收发系统,它可以广泛应用于井下联络和急救，具有很好的社会价值和市场前景。
井下作业常受到塌方、瓦斯爆炸以及迷失方向等威胁，井下通信对提高工效、保证安全是非常重要的。然而，井下通讯是封闭在地下局部环境中，地形复杂，因而电波传播极其困难。主要原因是：矿井巷道的狭窄空间完全破坏了无线电波在地面自由空间的传播规律，且巷道断面多变、表面粗糙，巷道内存在各种电缆线、金属管路和各种金属体机械设备等，进一步改变了无线电波的传播规律，致使无线电波在井巷中自由传播的距离极为有限。以往的系统在使用中都存在不同程度的缺点和不足，主要表现为通信距离有限、噪音大、系统传输参数不稳定等。采用无线电泄漏方式进行通信的系统可以大大改善通信状况。使用时持机人通过感应电线通话，对讲机与感应线之间属于无线通讯，感应线感应到的已调频载波信号在感应线中进行有线传输，可以使通信距离达到3km以上。
系统原理与设计
实现井下通信的关键是解决电波传播问题。理论分析和试验表明：在中短波频段，矿井隧道对电波的衰减最大，通信距离最近。在超短波频段，通信距离随着频率升高而增加，电波传播衰减逐渐减小，这是因为在该频段隧道可认为是其波导型通道。而低频段，由于频率低，电缆的传输损耗小(2～4dB/km)，因而通信距离大。如果加接中继器，通信距离可继续扩大，因此，低频导引通信系统简单实用、造价最低。综合各种因素，我们把工作频率设定在455kHz。电波借助敷设在井下的泄漏通信电缆在矿井中非自由空间进行传播。也就是说，利用这种泄漏电磁场的存在，通过沿巷道敷设的泄漏电缆使无线电收发信机实现信息交换。因而泄漏电缆为矿井巷道等非自由空间的无线电传播提供了一种类似长天线作用的专用媒介，构成高传输质量的矿井无线电传输通道，是矿井无线电泄漏通信系统的关键组成部分，也是我们设计的井下通信系统的主要特点。系统采用单频半双工体制，收发天线共用。由于调频比调幅具有抗干扰性能好、传送信息保真度高、机器设备简单等优点，因而在我们的系统设计中采用调频工作方式。该系统的另一个特点是：455kHz中频载波发生器和调频调制器并不是由通常单一的振荡器、调制器组成，而是利用MC2833单片FM(调频)发射机子系统中的压控振荡器与10.7MHz晶体及相应电感、电容组成的外围电路产生10.7MHz的话音已调信号，送到MC3359射频输入端，而MC3359内置振荡器与外围10.245MHz晶体及相应电容组成的电路产生10.245MHz的信号，于是这两个信号在MC3359内置混频器作用下产生以中频(455kHz)为载波的已调信号。考虑到系统中其它部分电路的功能与一般半双工工作方式的电路基本类似，故不赘述。整个系统的功能框图如图1所示。
系统实现
系统设计上的主要技术考虑：工作频率选定455kHz;通信体制为调频半双工方式;信号传输方式为无线(手持机与井下泄漏电缆间)与有线(井下泄漏电缆传输)混合工作;发射机输出功率不小于2W;手持机相互间能随意通话;接收效果尽量减少噪声;采用0.5～0.8Ah、12V电源供电;对讲机通过井下铺设的泄漏电缆作为感应传输线，使通讯距离能够达到3km。
由于集成元件与分立器件比较起来具有性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻，而且价格比较便宜，因此在系统的实现方法上我们首先选用集成元件。所选用的集成元件主要有：MC2833、MC3359、MC34119、455kHz陶瓷滤波器、10.7MHz晶体、10.245MHz晶体;选用的分立元件主要有：低噪声晶体放大管3DG30G、晶体驱动放大管3DK9H、晶体末级功放管C4382A、TTF-2-1中周、电位器、电阻电容，以及拾音器、扬声器等电声转换器。
MC2833是单片FM(调频)发射机子系统，它包含一个话筒放大器、一个压控振荡器和两个辅助晶体管。在其典型应用电路中，我们将其进行改造，使之产生10.7MHz的话音调制信号输送给MC3359的混频输入端;MC3359是低功率的FM(调频)/IF(中频)接收机芯片，它包含振荡器、混频器、限幅放大器、AFC(自动频率控制)、正交鉴频器、运算放大器、静噪电路、搜索控制和沉默开关。同样，我们对其外围电路进行改造，使它产生经过初步放大的话音已调信号(载波455kHz)，然后送给下一级功放电路进行放大。此外，系统设计中采用了收发共用MC3359，不仅节省成本和减小体积，而且试验效果也不错;MC34119是主要用于电话(例如扬声器话机)上的低功率音频放大器集成电路，具有可以在低电源电压的条件(最低为2.0V)以最大的输出摆动差动扬声器输出，以及并不需要和扬声器相联的耦合电容等一系列优点。
考虑到末级功放输出的功率可达2W以上，两个末级功放管C4382A产生的热量较多，所以需要对两个管子散热。为了有效散热，我们特意制作了一个大铝板，将两个C4382A功放管安装在这个大铝板上，对其进行散热。同时，这个铝板还起到了将两个收发部分隔开的目的。整个系统的电路原理图如图2所示。
试验结果
试验表明，该系统输出功率达2.4W，效率达50%以上。接收机灵敏度可达2.2mV(-100dBm)，而且在无信号输入时，扬声器输出的电流噪声很小。在地面自由空间的通信距离可达100m，井下借助沿隧道铺设的泄漏感应电缆进行通信，距离可达3km。
结束语
455kHz对讲机系统不仅性能稳定，工作可靠，而且生产成本低，容易实现。该项产品的问世，不仅改善了井下通讯条件，而且有利于加强井下安全生产的管理，保证井下工人的人身安全。所以，这项技术具有很好的应用价值和市场前景。
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摘要：超宽带UWB(Ultra-Wide Bandwidth)脉冲通信(Impulse Radio)技术与其它通信技术有很大不同，它具有信号功率谱密度低、不易检测、系统复杂度低等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信。介绍了UWB系统的信号表示形式，分析了其特点，并介绍了超宽带通信当前的研究及应用情况。
关键词：UWB 脉冲通信 信号 应用
UWB技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。
1 超宽带信号及其特点
美联邦通信委员会(FCC)规定：
部分带宽号称为UWB信号。其中，部分带宽为信号功率谱密度在-10dB处测量的值。图1为UWB信号与窄宽信号功率谱密度的比较；UWB信号格式如图2所示。
一种典型的脉位调制(PPM)方式的UWB信号形式[1],[2]为：
Str(k)(t)表示第k个用户的发射信号，它是大量的具有不同时移的单周期脉冲之和。w(t)表示传输的单周期脉冲波形，可以为单周期高斯脉冲或其一阶、二阶微分脉冲，从该发射机时钟的零时刻(t(k)=0)开始。第j个脉冲的起始时间为。仔细分析每个时移分量：
（1）相同时移的脉冲序列：形式的脉冲表示时间步长为Tf的单周期脉冲，其占空比极低，帧长或脉冲重复时间Tf(Frame Time)的典型值为单周期脉冲宽度的一百到一千倍。类似于ALOHA系统，这样的脉冲序列极容易导致随机碰撞。
(2)伪随机跳时：为减少多址接人时的冲突，给每个用户分配一个特定的伪随机序列，称之为跳时码，其周期为Np。跳时码的每个码元都是整数，且满足。这样跳时码给每个脉冲附加了时移，第j个单周期脉冲的附加时移为秒。
由于读出单周期脉冲相关器的输出要占用一定的时间，NhTc/Tf应严格小于1。然而如果NhTc太小，那么多个用户接入时发生冲突的概率仍然会很大。相反，如果NhTc足够大且跳时码设计合理，就可以将多用户干扰近似为加性高斯白噪声AWGN(AdditiveWhite Gauss Noise)信号。
由于跳时码是周期为Np的周期序列，那也为Np周期序列，其周期为Tp=NpTf。跳时码的另外一个作用是使UWB信号的功率谱密度更为平坦。
(3)数据调制：第k个用户发送的数据序列｛di(k)｝为二进制数据流。每个码元传输Ns个单周期脉冲，这样增加了信号的处理增益。
在这种调制方式下，一个符号(或码元)的持续时间为Ts=NsTf。对于固定的脉冲重复时间Tf，二进制的符号速率Rs，为：
显然，采用上述信号的超宽带脉冲通信系统具有以下特点：信号持续时间极短，为纳秒、亚纳秒级脉冲，信号占空比极低(1％～0．1％)，故有很好的多径免疫力；频谱相当宽，达GHz量级，且功率谱密度低，故UWB信号对其他系统干扰小、抗截获能力强；UWB系统处理增益很高，其总处理增益PC为：
例如，当某二进制UWB通信系统Tf=1μs，Tc=1ns，Ns=100，比特速率Rs=10kbps时，该系统UWB信号的处理增益为50dB。与其他通信系统相比，其处理增益非常高。
另外，UWB信号为极窄脉冲的序列，故有非常强的穿透能力，可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动着的物体，能实现雷达、定位、通信三种功能的结合，适合军用战术通信。
2 超宽带信号发射机、接收机基本结构
2．1 发射机和相关接收机模型
与传统的无线收发信机结构相比，UWB收发信机的结构相对简单。如图3所示，在发射端，数据直接对射频脉冲调制，再通过可编程延时器件对脉冲进一步时延控制，最后通过超宽带天线发射出去。在接收端，信号通过相关器与本地模板波形相乘，积分后通过抽样保持电路送到基带信号处理电路中，由捕获跟踪部分、时钟振荡器和(跳时)码产生器控制可编程延时器，根据相应的时延产生本地模板波形，与接收信号相乘。整个收发信机几乎全部由数字电路构成，便于降低成本和小型化。
2．2 Rake接收机模型
由于UWB信号需要用时域的方法进行分析，多用于户内密集多径(多径可达到30条)的条件下，而且每条路径的信号能量都很小，难以对每条信道做出估计，所以使UWB信号的Rake接收成为可能。Rake接收机使原来能量很小的多径信号经过能量合并后提高的信噪比提高系统性能。
3 UWB与其他几种无线个人局域网技术的比较
由于UWB技术的种种优点，使其成为无线个人局域网络WPAN (Wireless Personal Area Network)的主要技术之一。WPAN的目标是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，以低价格和低功耗在10m范围内实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化信息网络。其最普遍的应用是连接电脑、打印机、无绳电话、PDA以及信息家电等设备。目前实现WPAN的主要技术有：IEEE802．11b(Win)、Home RF、IrDA、蓝牙(Bluetooth)以及超宽带等五种。可以看出UWB技术的优势较为明显，主要不足是发射功率过小限制了其传输距离.也就是说，10m以内，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，对于远距离应用IEEE802．11b或Home RF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和同为热门的IEEE802．11b以及Home RF不会进行直接竞争，因为UWB更多地是应用于10m左右距离的室内。事实上，把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合，因后者传输速率远不及前者，另外蓝牙技术的协议也较为复杂。
4 国内外研究及发展情况
4．1 国外研究现状
军用方面：早在1965年，美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内，UWB技术主要用于美国的军事应用，其研究机构仅限于与军事相关联的企业以及研究机关、团体。目前，美国国防部正开发几十种UWB系统，包括战场防窃听网络等。
民用方面：由于超宽带技术的种种优点使其在无线通信方面具有很大的潜力，近几年来国外对UWB信号应用的研究比较热门，主要用于通信(如家庭和个人网络，公路信息服务系统和无线音频、数据和视频分发等)、雷达(如车辆及航空器碰撞／故障避免，入侵检测和探地雷达等)以及精确定位(如资产跟踪、人员定位等)。索尼、时域、摩托罗拉、英特尔、戴姆勒—克莱斯勒等高技术公司都已涉足UWB技术的开发，将各种消费类电子设备以很高的数据传输率相连，以满足消费者对短距离无线通信小型化、低成本、低功率、高速数据传输等要求。
国际学术界对超宽带无线通信的研究也越来越深入。2002年5月20～23日，IEEE举办了一期会议，专门讨论UWB技术及其应用。2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)正式通过了将UWB技术应用于民用的议案，定义了三种UWB系统：成像系统、通信与测量系统、车载雷达系统，并对三种系统的EIRP(全向有效辐射功率)分别做了规定。但是，UWB技术的协议与标准尚未确定，目前，只有美国允许民用UWB器件的使用；而欧洲正在讨论UWB的进一步使用情况，并观望美国的UWB标准。
4．2 国内研究现状
2001年9月初发布的“十五”863计划通信技术主题研究项目中，把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研发工作。但是国内目前关于UWB技术的深入研究仅限于雷达方面，关于UWB通信系统的研究还没有形成规模。
参考文献:<无线超宽带（UWB）通信原理与应用——21世纪信息与通信技术教程> 王金龙、王呈贵、阚春荣、徐以涛 2005-11第1版
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论文指导老师评语
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17.蔡凌云同学的论文《数字调频发射机的设计》，较好地完成了任务书所规定地研究任务。论文主要采用数字信号处理(DSP)和直接数字频率合成(DDS)技术，实现了数字调频发射机的设计。本设计由两位同学完成，该生主要负责数字调频发射机的数字调频调制模块部分的设计。外语资料翻译尚可，论文格式基本规范，论述基本准确，达到了预期的要求，符合学士学位论文答辩的要求。
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22.张佳富同学的论文《高频功率放大器及其设计》，基本地完成了任务书所规定地研究任务。论文对高频功率放大器的发展以及应用做了介绍，设计了基本合理的高频功率放大器电路。外语资料翻译尚可，论文格式基本规范，论述基本准确，基本达到了预期的要求，符合学士学位论文答辩的要求。
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24.邹元杰同学的论文《基于单片机STC89C54LED点阵显示》，很好地完成任务书规定的设计任务。系统以STC89C54单片机为主控芯片，利用温度测量，实时时钟芯片和数据存储技术并配合软件，实现了温度的测量、时间、数据掉电不丢失等功能，最终很好地完成了规定任务。该生对研究的问题能较深刻分析，反映出作者很好地掌握了有关基础理论与专业知识，实际动手能力强，论文撰写规范，符合学位论文答辩要求。
25.余雨晴的论文《高频电子线路精品课程网站建设》，基本完成了高频电子线路精品课程网站的设计，论文介绍了设计思想、制作过程，并设计了基本的网站雏形。阅读指导教师指定的参考资料、文献，开题报告有实施方案，并按要求完成外文翻译，设计基本合理，对网站建设提出了个人见解，作者基本掌握了网站建设的基础理论。论文撰写规范，符合学位论文答辩要求。
论文指导老师评语精选
1、___同学的学位论文，将计算机辅助设计技术覆盖产品设计的全过程是当前CAD研究的主要内容。传统意义下的CAD技术着重于辅助产品的详细设计和绘图输出，因而有较大的局限性。本文以图形单元作为产品设计资讯的载体，通过运动分析、功能映射、变型设计、关联设计等手段，将计算机辅助设计技术全面地融入产品概念设计过程，取得了一系列有创造性的研究成果：
1.将零件结构划分为零件、功能结构和基因单元三个层次，以功能结构为单位组织基因单元，有利于实现基于功能的零件概念设计。
2.提出了产品骨架单元的提取方法，通过插入、删除、替代、分解、整合、克隆、派生等多种骨架单元置换手段，在保持功能不变的条件下，对产品进行变型设计。与传统的基于尺寸的产品参数化设计不同，上述变形设计能导致产品结构的变化，因而为创新型设计提供了有效的CAD手段。骨架单元表示完整地体现了该结构与产品中其他结构的约束关系。在保证产品中各结构单元有序性、一致性的前提下，减少了所附加大数据量，有利于在概念设计中，对设计方案反复进行斟酌与修改。
3.在关联设计中，归纳 总结 了五种关联的约束模型，为详细设计阶段自动生成导出单元提供了设计依据。
4.以图形单元置换、叠代技术为核心，构造了单元化产品信息建模原型系统。在此基础上开发了MCADDS系统，并在冲剪机床设计_JD型转辙机传统系统设计中获得了成功的应用。
5.论文内容丰富、条理清晰、结构完整，特别是在运用CAD技术辅助产品的变型设计以及在设计过程中对设计方案的反复修改方面有重要突破。本文是一篇优秀的博士学位论文，建议提交答辩。
从某种角度来说，研究生学位 论文评语 既是对研究生学位论文研究工作的评价，也反映了评阅人综合水平。既反映了评阅人的学术水平，也反映了评阅人的写 作文 风。它属于应用写作中一种专业应用文写作，值得我们研究。
2、___同学的硕士毕业论文《消费者网上购物的网站体验对网上购买意愿影响的实证研究》在相关文献研究和时事动态分析的基础上，研究了网站体验的组成要素，以及网站体验对消费者网络购买意愿的影响，其选题具有一定的理论价值和现实意义。
论文发现论网站的易用性体验、网站的有用性体验、网站的视觉体验、价格体验、商品体验、服务体验、信誉体验等七个方面的体验可以很好地解释网站体验的内涵，利用SOR模型分析得知网站体验对购买意愿有显着正向影响，情绪和感知风险是网站体验和购买意愿之间的部分中介变量。论文采用规范分析和实证分析等方法来论证自己的观点，研究方法较为科学。论文在以下几个方面有所创新：一是构建了网站体验研究的新模型，二是比较系统地运用实证分析方法从多角度分析影响网络购买意愿的因素。论文有相当的理论深度。论文观点鲜明，论证清晰有力，论据充分可靠，数据准确，资料详实，文献综述丰富而规范，其中论文关于网站体验对购买意愿的影响的观点具有一定的新的见解。不足之处在于网站体验的维度还不够全面，尤其是网站技术因素部分，未来还可以考虑研究网速等网站技术因素对网站体验的解释力度。
论文结构严谨，层次分明，采用了递进式的分析结构，逻辑性强，文笔流畅，表达清晰，重点突出。文章格式符合学术规范。反映作者具有较强的独立科研能力。论文表明作者掌握了 企业管理 学专业的基本理论和分析方法，论文达到了硕士学位论文水平，同意其参加论文答辩，并建议授予硕士学位。
3、该课题选题新颖，紧密结合临床，设计合理，属于本学科研究热点，研究工作具有一定的理论意义与实际价值。论文的内容与题目基本相符，结构完整，格式规范，层次清楚，条理分明，语言通顺流畅，内容丰富。文献材料收集丰富详实，基本涵盖了本学科相关的主要文献，并对本学科发展趋势有一定的归纳作用。数据资料充分，论述过程严谨，思路清晰，综合运用了所学知识解决问题，分析方法选用得当，结果可信。论文撰写严肃认真，推理符合逻辑，结论和建议具有现实意义，是一篇有较高学术价值的硕士生论文。
该论文反映出了作者在本门学科方面坚实的理论基础、系统的专业知识以及良好的科研能力。达到了硕士学位论文的要求，建议安排答辩。
4、___同学的学位论文《基于数据挖掘的高校本科专业设置预测系统数据模型的分析和研究》选题于 教育 部委托中山大学开展的高校本科专业设置预测系统项目。该论文研究成果对于构建高校本科专业设置预测系统具有一定的先导性意义。
本文主要围绕着高校本科专业设置预测系统的数据模型这个问题展开分析和研究。论文首先对已有的专业设置数据模型进行综述，分析其在功能性、预测性、分析性以及挖掘性方面的不足之处，然后结合高校本科专业设置的实际需求，引入数据挖掘技术、数据仓库和OLAP，构建基于数据挖掘的高校本科专业设置预测系统的数据模型。总的来说，论文框架清晰，逻辑严谨，行文体现了自己的学术思考及思辨结论，有自己的创见。
本文的写作符合硕士研究生毕业论文规范，学术水准较好，体现了两年学习的成果，可进入答辩程序。
论文长于思辨和综合，而短于对实际需求和现实情况的考量，比如各用户对于专业设置的需求以及数据挖掘中数据的可采集性及可用性等。建议今后在相关研究中采取更广泛视角。
5、___同学的硕士毕业论文《电信融合计费系统设计与应用》在相关文献研究和时事动态分析的基础上，探讨了既可以维持运营商利益同时也使消费者利益最大化的融合计费方式，并结合现实运营商的计费系统，设计了几个场景，进行了模拟分析验证，论证了该系统功能够满足了融合计费的实际工作需要，达到了设计目标。
该论文选题具有一定的理论价值和现实意义。论文以3G计费的基本流程为依据，采用全集中处理模式，搭建了集数据采集功能，预处理功能，计费功能，利用数据挖掘技术进行融合结算分析等功能的融合计费账务系统平台。该平台旨在实现客户的融合，即客户品牌与付费方式的融合;业务的融合，即实现跨业务、跨产品、跨客户的产品捆绑、交叉优惠，实现业务经营与计费策略的完整衔接;计费方式的融合，即在线计费与离线计费的融合;付费方式的融合，即预付费和后付费的融合。充分体现了3G网络下满足现有用户全部需求，发挥运营商服务到极致的工作目标，对目前电信融合方式具有一定的现实意义。
论文采用规范分析和实证分析等方法来论证自己的观点，研究方法较为科学。论文在以下几个方面有所创新：一是构建了融合结算分析的新模型，二是比较系统地运用实证分析方法从多角度分析影响融合结算的因素。三是平台设计理念新颖，投资低，可操作性强。论文有相当的理论深度。论文观点鲜明，论证清晰有力，论据充分可靠，数据准确，资料详实，文献综述丰富而规范。不足之处在于电信融合计费的实验论证还不够全面，有效工作量不够。
论文结构严谨，层次分明，采用了递进式的分析结构，逻辑性强，文笔流畅，表达清晰，重点突出。文章格式符合学术规范。反映作者具有较强的独立科研能力。论文表明作者掌握了企业管理学专业的基本理论和分析方法，
论文达到了硕士学位论文水平，同意其参加论文答辩，并建议授予硕士学位。
6、该论文选题合理，为____ 提供理论支持，研究意义重大。
该论文引用文献具有代表性和科学性，对有关的中外文献材料进行综合分析和归纳整理，掌握了____ 的研究背景、研究现状和发展前景等内容，文献综述丰富而规范。
论文借助统计分析软件对进行了因素分析，论文内容丰富、条理清晰、结构完整，资料收集详实，数据准确，论证清晰有力，论据充分可靠，结论可靠。
该论文研究结果表明，____ ，研究具有很强的实践价值和操作性，充分反映了作者对于____ 知识掌握的全面性，对于____ 实践有 经验 ，有分析，有思考，有建议。
论文格式正确，结构严谨，层次分明，书写规范，逻辑严密，语言流畅，重点突出，反映了作者具有较强的独立科研能力。论文总体优秀，同意提交答辩，建议授予农学硕士学位。
