韓維敏　馮向陽

摘 要：針對煤礦通信系統(tǒng)不完善，無法滿足礦井發(fā)展和安全生產(chǎn)需要的現(xiàn)狀，如何在運用新技術(shù)新設(shè)備上，實現(xiàn)礦井通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運行，在滿足礦井正常生產(chǎn)和調(diào)度指揮的同時，增強煤礦應(yīng)急救援的反應(yīng)能力，并有效地降低了維護成本，減輕維護人員的工作強度，提高了工作效率。本文筆者結(jié)合工作實踐，主要探討新技術(shù)在煤礦通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新技術(shù)；煤礦通信；應(yīng)用

本文為2015年立項課題《基于軟擴頻技術(shù)的攜式透地通信系統(tǒng)的研究》階段性研究成果之一，課題批準(zhǔn)號：15c0643

煤礦通信系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)、緊急避險、應(yīng)急救援的重要工具。煤礦通信設(shè)備主要用于煤礦井上下生產(chǎn)調(diào)度指揮，煤礦通信技術(shù)及設(shè)備的選型、安裝、使用和維護正確與否將直接影響煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 煤礦通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

煤礦通信系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度、安全避險和應(yīng)急救援的工作中起著重要的作用。但是長期以來，煤礦由于受地質(zhì)條件限制，井下巷道分布復(fù)雜，作業(yè)地點分散，使井下通信系統(tǒng)建設(shè)存在許多問題：特別是通信新技術(shù)新設(shè)備的匱乏，另外，管理制度、技術(shù)規(guī)范欠缺，井下通信系統(tǒng)圖更新不及時，設(shè)備說明書、圖紙資料、測試記錄不齊全，防爆電話數(shù)量和地點不能完全符合《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)要求。井下通信器材質(zhì)量問題也較多，選型不規(guī)范等。都制約和影響著礦井通信的發(fā)展和安全生產(chǎn)的順利進行。

2 分數(shù)階變換技術(shù)在煤礦井下有線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

有線通信是利用光纜作為通訊傳導(dǎo)的通信形式，然而，原有的有線通信信道中存在各種噪聲，如果不對其進行處理則會使誤碼率增加。因此，要消除不理想信道和噪聲對信號的影響，必須應(yīng)用新技術(shù)。分數(shù)階變換的通信技術(shù)原理是以線性調(diào)頻信號作為調(diào)制信號，利用線性調(diào)頻信號在分數(shù)階里變換域的能量聚焦特性，通過接收機進行路徑分集接收抑制有線通信信道多途效應(yīng)所產(chǎn)生的碼間干擾，從而提高系統(tǒng)的抗噪聲干擾和頻率選擇性衰減的能力。具體應(yīng)用程序如下：

1.信號檢測與參數(shù)估計

分數(shù)階變換作為一種新型的線性時頻工具，其實質(zhì)是信號在時間軸上逆時針旋轉(zhuǎn)任意角度到U軸上的表示，而該核是U域上的一組正交的基，這就是分數(shù)階變換的基分解特性。所以，在適當(dāng)?shù)姆謹?shù)階域中，一個chirp信號將表現(xiàn)一個沖擊函數(shù)，即分數(shù)階變換過程中，某個分數(shù)階域?qū)?yīng)的chirp信號具有很好的能量聚焦性，而這種能量聚焦性對chirp信號的監(jiān)測和估計具有很好的作用。因此，在信號檢測與參數(shù)估計中，我們的基本思路是以旋轉(zhuǎn)角口為變量進行掃描，求出觀測信號所有階次的分數(shù)階變換，于是形成信號能量在由分數(shù)階域U和分數(shù)階次P組成的二維參數(shù)平面上的分布。然后，我們按域值在在此平面上進行二維搜索，找出最大峰值位置。并根據(jù)最大峰值坐標(biāo)可以檢測出chirp信號，并估計出峰值所對應(yīng)的分數(shù)階次P和分數(shù)階域坐標(biāo)，估計出信號的參數(shù)。

2.分集接收

分集接收是將接收到的多徑信號分離成互不相關(guān)的多路信號，然后將多徑衰落信道分散的能量更有效的接收起來，處理之后進行判決，從而達到抗衰落的目的。本文采用分集合并技術(shù)，即取出那些幅度明顯大于噪聲背景的多徑分量，對它們進行延時相加，使之在某一時刻對齊并按一定的準(zhǔn)則合并，提高多徑分集的效果。在通信系統(tǒng)中，RAKE接收機由N個并行相關(guān)器和個合并器組成，每個相關(guān)器與發(fā)射信號的一個多徑分量匹配。在N個相關(guān)器前增加時移單元，就可在時間上將所有分量對齊，從而采用相同的本地參考信號。然后，相關(guān)器組的輸出送給合并器，將合并器輸出的判決變量送到檢測器進行判決。最后，根據(jù)接收機使用的不同合并方法，在選擇性合并方式下，在多支路接收信號中，選取信噪比最高的的支路信號作為輸出信號。

3.峰值輸出

信噪比系數(shù)呈現(xiàn)出一個典型的振蕩特性，且振蕩頻率與振蕩幅度與時頻面的旋轉(zhuǎn)角度和輸入信號相關(guān)。因此在采用分數(shù)階變換技術(shù)的實際使用中，在進行近似計算處理時需要特別注意，必須對近似處理帶來的誤差進行評估。

3 ATP系統(tǒng)在煤礦地面光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

ATP系統(tǒng)是由粗跟蹤和精跟蹤單元構(gòu)成的復(fù)合跟蹤系統(tǒng)，其主要功能是在粗跟蹤單元實現(xiàn)初始的捕獲和跟蹤，并將信標(biāo)光引入精跟蹤的視場范圍內(nèi)，然后精跟蹤單元實現(xiàn)更高帶寬的跟瞄，再將信標(biāo)光穩(wěn)定在可通信的視場之內(nèi)，為最終空間站光通信系統(tǒng)工程實現(xiàn)奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.粗跟蹤單元

粗瞄準(zhǔn)單元由一個安裝在精密光機組件上的收發(fā)天線，萬向支架驅(qū)動電機以及粗跟蹤探測器組成，主要作用是捕獲目標(biāo)和完成對目標(biāo)的粗跟蹤。在捕獲階段，粗瞄準(zhǔn)機構(gòu)接收由上位機根據(jù)已知的衛(wèi)星運動軌跡或星歷表給出的命令信號，將望遠鏡定位到對方通信終端的方向上。為確保入射的信標(biāo)光在精跟瞄控制系統(tǒng)的動態(tài)范圍內(nèi)，必須根據(jù)粗跟蹤探測器給出的目標(biāo)脫靶量來控制萬向支架上的望遠鏡，使它的跟蹤精度必須保證系統(tǒng)的光軸處于精跟蹤探測器視場內(nèi)，從而把信標(biāo)光引入精跟蹤探測器的視場內(nèi)。

2.精跟蹤單元

精跟蹤單元的跟蹤精度將決定整個系統(tǒng)的跟蹤精度，它要求帶寬非常高，帶寬越高，對干擾的抑制能力就越強，從而可加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，加強跟蹤精度。因此，設(shè)計一個高帶寬高精度的精跟蹤環(huán)是整個ATP系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。在這一單元我們可采用高幀頻、高靈敏度、具有跳躍式讀出模式的面陣電荷耦合器件傳感器。它基于深埋溝道移位寄存器技術(shù)，可以獲得非常高的讀出速率、非常低的噪聲和非常高的動態(tài)范圍。通過由捕獲探測器和定位探測器組成探測接收單元轉(zhuǎn)換，CCD完成捕獲與粗跟蹤，并將接收光引導(dǎo)至OPI N上，在OPI N中進行誤差信號的檢測，從而提高信標(biāo)光捕捉精度。

3.控制單元

將捕捉的信號經(jīng)放大、整形和A/D變換處理后，在計算機中按一定的數(shù)據(jù)分配流程將信號輸入。然后通過計算機給出的速度控制信號和加速度控制信號，又經(jīng)數(shù)據(jù)分配接口送入D/A轉(zhuǎn)換與處理網(wǎng)絡(luò)，使伺服電機按要求轉(zhuǎn)動并帶動天線轉(zhuǎn)動機構(gòu)分別在水平和俯仰兩個方位轉(zhuǎn)動，以調(diào)整天線的位置，達到自動捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)的目的。

4 結(jié)語

通信技術(shù)的發(fā)展促進了社會生活的進步，在未來煤礦通信技術(shù)的研究上，應(yīng)不斷探索、創(chuàng)新，追求新技術(shù)新設(shè)備在煤礦通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 陳林偉 《通信技術(shù)》 郵電出版社

[2]《煤礦安全工程》2011年版