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基于电共振方法的磁感应通信仿真研究

中国石油大学学报（自然科学版） 2013年第6期37卷 31-35页

作者：牛迪双凯李伟根中国石油大学地球物理与信息工程学院北京102249

为了提高磁感应通信系统的通信距离,采用电共振方法进行改进,将其简称为MIC通信,分析MIC的信道特征并与传统的磁感应通信进行对比。研究表明:电共振方法可以减小磁感应通信系统的路径损耗和误码率,进而增加传输距离;线圈的Q值和半径越... 详细信息

为了提高磁感应通信系统的通信距离,采用电共振方法进行改进,将其简称为MIC通信,分析MIC的信道特征并与传统的磁感应通信进行对比。研究表明:电共振方法可以减小磁感应通信系统的路径损耗和误码率,进而增加传输距离;线圈的Q值和半径越大以及线圈内阻越小,信号的传输距离越远。

关键词：磁感应通信电共振信道特征

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无线地下磁感应通信系统研究与实现

传感技术学报 2017年第6期30卷 904-908页

作者：孙彦景徐胜施文娟吴天琦王晓琳牛洪海中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 盐城师范学院新能源与电子工程学院江苏盐城224015 南京南瑞继保电气有限公司南京211102

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络。针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无... 详细信息

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络。针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台。实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考。

关键词：无线地下传感器网络磁感应通信磁场分析耦合线圈

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地下磁感应通信天线模型及信号传播特性研究

工矿自动化 2018年第7期44卷 45-53页

作者：施文娟王亮孙彦景徐华徐胜吴天琦中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 盐城师范学院新能源与电子工程学院江苏盐城224007

针对磁信号传播具有显著的方向性,而目前相关研究没有充分考虑磁通信过程中天线位置、角度对传输性能影响的问题,研究了2D天线阵列模型中的双线圈阵列、四线圈阵列,以及3D线圈这3种地下磁感应通信天线模型的磁信号传播特性。首先,根据3... 详细信息

针对磁信号传播具有显著的方向性,而目前相关研究没有充分考虑磁通信过程中天线位置、角度对传输性能影响的问题,研究了2D天线阵列模型中的双线圈阵列、四线圈阵列,以及3D线圈这3种地下磁感应通信天线模型的磁信号传播特性。首先,根据3种天线的数学模型,给出了相应的磁感应强度和收发线圈的互感表达式;其次,对磁感应强度进行仿真和特性分析,并根据磁场分布情况对接收天线的位置和角度进行了优化设置;最后,比较了3种天线模型的传输性能,给出了各发射线圈偏移量和收发线圈所在平面垂直距离对磁感应强度的影响。研究结果表明:(1)2D天线阵列模型和3D线圈模型的磁感应强度具有对称性和方向性。(2)随着收发线圈所在平面垂直距离的增大,2D天线阵列发射信号的传输方向由多个变为1个。(3)当发射线圈参数相同时,2D天线阵列模型的传输距离大于点对点通信模型和3D线圈模型。发射线圈个数越多,2D天线阵列模型的传输距离越远,但磁感应强度随收发线圈所在平面垂直距离的增加而快速衰减。(4)3D线圈模型在3个坐标轴方向上具有相同的磁感应强度分布。3D线圈模型的磁场分布范围最广,但磁感应强度模小于2D天线阵列模型。

关键词：磁感应通信天线模型二维天线阵列三维线圈模型双线圈阵列四线圈阵列磁感应强度场强分布

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地下磁感应通信阵列天线传播特性分析

电讯技术 2022年第4期62卷 439-444页

作者：刘宝衡付天晖侯文达海军工程大学电子工程学院武汉430033

针对地下磁感应通信系统中单个磁性天线路径损耗大、通信效率低、传输距离短的问题,研究了双线圈天线与3D天线两种协同式天线的电磁传播特性。基于Matlab对根据天线数学模型得到的磁感应强度进行了仿真和分析,并将两种天线的传输性能与... 详细信息

针对地下磁感应通信系统中单个磁性天线路径损耗大、通信效率低、传输距离短的问题,研究了双线圈天线与3D天线两种协同式天线的电磁传播特性。基于Matlab对根据天线数学模型得到的磁感应强度进行了仿真和分析,并将两种天线的传输性能与单一磁性天线进行了比较。研究表明,两种天线的磁场强度都有很大提高,并具有方向性和对称性,双线圈天线的磁场强度分布受发射天线间距、摆放角度以及收发天线垂直距离影响较大,在间距较小情况下,传输距离大于3D天线;而3D天线磁场强度随传输距离衰减更慢,磁场分布范围更广。

关键词：磁感应通信协同传输双线圈天线 3D天线

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水下磁感应通信阵列天线磁场仿真与特性研究

舰船科学技术 2022年第6期44卷 106-113页

作者：王一鸣谢旭海军工程大学电子工程学院湖北武汉430033

当线圈的几何尺寸、空间位置和激励方式发生变化时,空间中某一固定点的磁感应强度也会随之变化。本文以一般空心圆环线圈为例,针对不同的空间位置和激励方式,对单线圈、双线圈阵列和四线圈阵列的磁感应强度分布进行建模仿真与特性分析... 详细信息

当线圈的几何尺寸、空间位置和激励方式发生变化时,空间中某一固定点的磁感应强度也会随之变化。本文以一般空心圆环线圈为例,针对不同的空间位置和激励方式,对单线圈、双线圈阵列和四线圈阵列的磁感应强度分布进行建模仿真与特性分析。研究结果表明:阵列天线在电流同向时,其磁感应强度在空间中正向叠加效果最好;随着线圈间隔的增加,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值最大时可比同功率单线圈分别高出35%,82%;最佳接收点由一个分裂成与阵列线圈数目相等的个数;随着接收端轴向距离的增大,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值超过同功率单线圈,且较高值覆盖面积比单线圈大;轴向距离为10 m时,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值分别是同功率单线圈的1.37倍、1.94倍;最佳接收点最终合拢为原点处的一个。

关键词：磁感应通信空间位置激励方式阵列天线磁感应强度分布

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跨空海界面磁感应通信特性分析及应用

舰船科学技术 2022年第21期44卷 129-135页

作者：柴彬彬张歆空军工程大学航空机务士官学校河南信阳464099 西北工业大学航海学院陕西西安710072

现有的跨空海界面通信方式都存在着各自的问题,磁感应通信具有信道特性稳定、抗时变环境等优点,使得其很适用于跨空海界面环境。本文对跨空海界面磁感应通信进行研究,利用分层导电媒质中的磁偶极子,建立跨空海界面磁感应传输模型,仿真... 详细信息

现有的跨空海界面通信方式都存在着各自的问题,磁感应通信具有信道特性稳定、抗时变环境等优点,使得其很适用于跨空海界面环境。本文对跨空海界面磁感应通信进行研究,利用分层导电媒质中的磁偶极子,建立跨空海界面磁感应传输模型,仿真磁场分量的传输特性;借助于磁感应通信系统,进行海上通信验证试验。结果表明:经相关信号处理后,实现了35 m水深、速率15 bps的无误码通信,验证了磁感应通信在复杂海洋环境中的可行性和有效性,为进一步跨空海界面磁感应通信的研究打下基础。

关键词：磁感应通信跨空海界面通信分层导电媒质海洋磁场

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基于磁感应通信的AUV姿态估计实验设计

实验室研究与探索 2022年第4期41卷 78-83页

作者：李松余涛孙彦景张晓光任青妍中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

利用磁感应通信信号在水下具有信道稳定、低时延的特点,设计了基于磁感应通信的AUV姿态估计实验。有效克服了传统AUV姿态估计方法中惯性传感器误差累积,水下多径效应、多普勒频移对估计精度的影响。在水下AUV回收平台部署单向磁感应发... 详细信息

利用磁感应通信信号在水下具有信道稳定、低时延的特点,设计了基于磁感应通信的AUV姿态估计实验。有效克服了传统AUV姿态估计方法中惯性传感器误差累积,水下多径效应、多普勒频移对估计精度的影响。在水下AUV回收平台部署单向磁感应发送线圈,在AUV中部署三向磁感应接收线圈。利用磁感应通信技术,通过三向接收线圈估计姿态角,推导了三向接收线圈上的感应电动势与姿态角的关系,提出基于压缩感知的AUV姿态估计方法。理论仿真和硬件实验结果表明:提出的目标姿态估计方法可行,增加发送线圈阵列数目可以有效提高目标的姿态估计精度。

关键词：自主式水下航行器姿态估计磁感应通信压缩感知

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两种磁感应通信信道建模与特性分析

电子测量技术 2021年第16期44卷 18-22页

作者：刘宝衡付天晖侯文达中国人民解放军海军工程大学武汉430033

为了解决地下环境中无线磁感应通信系统存在路径损耗大,无法实现较远距离通信的问题,本文构建了基于波导技术与协同技术的磁感应信道模型。通过波导技术,向收发线圈之间引入无源中继线圈,经过谐振线圈的磁耦合完成信号传递;通过协同技术... 详细信息

为了解决地下环境中无线磁感应通信系统存在路径损耗大,无法实现较远距离通信的问题,本文构建了基于波导技术与协同技术的磁感应信道模型。通过波导技术,向收发线圈之间引入无源中继线圈,经过谐振线圈的磁耦合完成信号传递;通过协同技术,传输的磁感应波由多条不同路径到达接收端,从而完成信息的传输。对路径损耗、误码率等特性仿真分析,结果表明:路径损耗小于100 dB时,普通磁感应系统最大传输距离约为20 m,而磁感应协同系统与波导系统最大距离分别延长至45与150 m以上;在传输距离较近时,磁感应波导系统的路径损耗大于协同系统,可通过减小中继线圈的间距和电阻进一步降低其路径损耗;磁感应协同系统的路径损耗受线圈的位置、间距和数量影响较小,从而降低了部署的难度。因此,构建的两种通信模型都能有效降低信道路径损耗,增大通信距离,波导技术效果更明显。

关键词：磁感应通信信道模型磁感应波导技术磁感应协同技术地下通信

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超低频磁感应通信系统搭建与传播特性研究

超低频磁感应通信系统搭建与传播特性研究

作者：陈娟华中科技大学

学位级别：硕士

由于超低频（Super Low Frequency,SLF）通信具有穿透性好、抗干扰能力强、信号稳定等优点,被广泛应用于军事对潜通信、透地通信等领域。目前超低频通信系统大都是敷设百米甚至千米量级的电调天线作为发射天线,体积较大且无法灵活移动,... 详细信息

由于超低频（Super Low Frequency,SLF）通信具有穿透性好、抗干扰能力强、信号稳定等优点,被广泛应用于军事对潜通信、透地通信等领域。目前超低频通信系统大都是敷设百米甚至千米量级的电调天线作为发射天线,体积较大且无法灵活移动,因此,美国国防部高级研究计划局于2017年提出研发频率在30k Hz以下的便携式超低频通信系统。为了减小天线的体积,本文用结构紧凑的线圈代替传统电调天线,收发线圈利用感应磁场传输信息,这种磁感应通信方式下有关超低频信号传输衰减规律的理论研究较少,因此,研究超低频磁感应通信的传播特性具有重要意义。本文基于MSP430F149单片机搭建了一个完整的小型超低频磁感应通信系统,通过理论和实验相结合的方式来研究超低频信号的传播特性,选用的天线为多层圆柱线圈,调制方式为最小频移键控（Minimum Shift Keying,MSK）。具体开展的工作主要包括:（1）详细分析了磁感应通信的基本原理,将磁感应通信等效电路模型分解为功率模型和耦合模型,分析了系统中发射信号和接收信号之间的关系,得到了传输衰减计算公式。（2）设计了超低频磁感应通信系统。在发射端,提出在上位机生成调制波形数据的方案。单片机直接传输上位机发送的数据并控制D/A模块输出,无需进行复杂的调制函数运算,解决了其内存较小、运算速度较慢的问题。在接收端,分析了同步头定位原理和同步头持续时间的选择方法,可以自动确定门限,实现实时解调。最后对通信系统建立了仿真模型,得到了不同信噪比下的误码率,表明了系统方案的可行性。（3）通过对多层圆柱线圈构成的天线进行建模,给出了线圈参数经验计算公式,分析了线圈横截面积和长度对电阻、自感和互感等参数的影响,为衰减模型的计算奠定了基础。（4）通过将理论和实验测试相结合,对超低频磁感应通信系统的传播特性进行了研究,主要分析了线圈尺寸和距离对传输衰减的影响。通过实验发现近距离时衰减和距离的三次方成正比;远距离时衰减和距离的二次方成正比,从而根据实验结果总结得到了衰减模型。（5）建立并验证了系统性能评估模型。该模型可以根据系统参数估计给定距离下的误码率,同时,也可以根据预期通信距离下的误码率要求设计系统参数,为超低频磁感应通信系统的设计提供指导。

关键词：超低频通信磁感应通信 MSK调制互感衰减模型