一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，包括发射机和接收机：其中发射机包括信号发生器、编码器、调制器、功率放大模块、匹配接口、核心控制器和发射天线；其中接收机包括由一个单匝环形线圈和一个多匝环形线圈组成的接收天线系统、电流反馈放大电路、电压放大电路、高速采集模块、数据存储单元、信号处理单元、噪声消除器、解调器、解码器、核心处理器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线透地通信
，特别涉及一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统。
技术介绍
无线透地通信系统用于实现地面与地表下的直接通信，可实现地面指挥中心与工作在矿井下人员的实时通信。由于甚低频、超低频段的电磁波将由于极低的信号频率衰减较弱，然后，甚低频电磁波信号传播具有链路长、信道环境复杂等特点，因此从发射、传播到接收整个过程来看，往往由于发射天线效率低、传输路径损耗大等原因，接收到的信号十分微弱，导致信噪比偏低，这其中信道噪声对整个过程的影响最大。通过大量的测量和观察得知，甚低频通信系统的信道噪声已经不再是简单的高斯噪声，而具有显著的非高斯性，时域中表现为随机尖峰脉冲，这些尖峰信号的幅度、出现时刻、持续时间等都是随机的。同时，尖峰脉冲在经过LC谐振接收回路后具有显著的暂态效应，表现为衰减振荡波形，这对通信系统的危害很大，会严重影响通信系统的稳定性和可靠性。由于尖峰噪声对甚低频接收系统产生的影响与高斯噪声完全不同，针对高斯噪声的处理方法不再适用于甚低频通信系统。因此要改善甚低频通信系统信噪比、提高系统性能，需要准确地预知尖峰脉冲的幅值、到达时刻和持续时间等信息，并在基础上在时域内建立非高斯噪声模型，设计非线性接收机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，包括发射机和接收机：其中发射机包括单匝环形线圈、发射信息模块、编码器、调制器、功率放大模块、匹配接口、核心控制器和发射天线；其中接收机包括由一个单匝环形线圈和一个多匝环形线圈组成的接收天线系统、电流反馈放大电路、电压放大电路、高速采集模块、数据存储单元、信号处理单元、噪声消除器、解调器、解码器、核心处理器以及接收信息模块；其中通过所述单匝环形线圈和多匝环形线圈具有相同辐射特性，分别作为宽带天线和窄带天线进行数据接收；通过对所述宽带天线数据中尖峰脉冲部分进行时域截断处理，并用截断的宽带数据来表征环境中的非高斯随机尖峰噪声；使用所述窄带天线的传递函数作为宽带模型和窄带模型之间的系统函数，利用截断处理后的宽带数据求出环境尖峰噪声对所述窄带天线的影响，从而消除所述窄带天线接受的信号中的非高斯尖峰噪声。优选地，所述发射机还包括语音模块、电源、键盘、交互界面模块。优选地，所述接收机还包括语音模块，以及电源、键盘和交互界面模块。优选地，所述单匝和多匝环形线圈设置为几十米长至几千米长。优选地，测量环境中可设置多个所述系统。优选地，所述系统工作在半双工通信方式。优选地，所述系低频AD采集模块工作在20kHz。优选地，所述高频AD采集模块工作在100kHz。优选地，所述非高斯随机尖峰噪声包括尖峰脉冲的出现时刻、幅值、相位、持续时间等信息。根据本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，使用窄带天线系统的传递函数作为宽带模型和窄带模型之间的系统函数，利用截断处理后的宽带数据求出环境尖峰噪声对窄带系统的影响，从而消除窄带接收系统中的非高斯尖峰噪声，具有良好的信号处理效果。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1示意性示出根据本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统的模块化示意图；图2示意性示给出根据本专利技术中的发射机的结构框图和基本工作方式；图3示出了本专利技术中的接收机的结构框图和基本工作方式；图4(a)-4(b)示出了本专利技术中的接收机接收方式的等效电路模型。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。图1示意性示出根据本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统的模块化示意图。如图1所示，本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统100包含两个主要模块，即发射机110和接收机120。所述发射机110包括一个由单匝环形线圈111及其控制单元组成的发射天线系统，所述接收机120包括由一个单匝环形线圈121和一个多匝环形线圈122及其控制单元组成的接收天线系统。根据本专利技术的一个实施例，在测量环境中可设置多个所述用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统100，并且所述系统100工作在半双工通信方式。所述发射机110和接收机120的具体结构框图和基本工作方式图2和图3所示。根据本专利技术的一个实施例，上述单匝环形线圈和多匝环形线圈的长度可以设置为几十米长至几千米长。图2示意性示给出根据本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统的中发射机的结构框图和基本工作方式。如图2所示，发射机200包括单匝线圈201、发射天线202、发射信息模块203、编码器204、调制器205、功率放大模块206、匹配接口207、电源208、交互界面模块209、键盘210、语音模块211、和核心控制器212。具体地，单匝线圈201和发射天线202用于将要发射的信息或信号通过天线发射到外部。核心控制器212用于接收通过交互界面模块209、键盘210、语音模块211以各种方式输入的信号，例如语音输入、键盘输入或交互界面(UI)的手势输入等等，经过根据本专利技术的算法处理后发送到发射信息模块203准备发送。发射信息模块203将所述信号通过编码器204编码、通过调制器205调制、再经过功率放大模块206进行放大后，通过匹配接口207传输至单匝线圈201和发射天线202用于向外部发射信号。电源208用于给整个发射机200进行供电。图3示出了根据本专利技术的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统的中接收机的结构框图和基本工作方式。如图3所示，根据本专利技术的接收机300包括由一个单匝环形线圈301和一个多匝环形线圈302组成的接收天线单元、电流反馈放大电路303、电压放大电路304、高速AD采集模块(分别为低频AD采集模块305和高频AD采集模块306)、数据存储单元307、信号处理单元308、脉冲噪声消除器309、核心控制器310、解调器311、电源312、交互界面模块313、语音模块314、解码器315、键盘316以及接收信息模块317、调谐电容318。根据本专利技术的一个实施例，低频AD采集模块305例如工作在20kHz，高频AD采集模块306例如工作在100kHz。具体地，单匝环形线圈301用于接收低频的外部信号，通过电流反馈放大电路303进行低频信号的放大，放大后输入到低频AD采集模块305中进行模拟-数字转换，以转换为数字信号，发送到低频数字信号处理单元308进行处理。多匝环形线圈302用于接收高频的外部信号，通过调谐电容318将信号进行调谐，然后通过电压放大电路304进行高频信号的放大，放大后输入到高频AD采集模块306中进行模拟-数字转换，以转换为数字信号，发送到脉冲噪声消除器309进行处理。低频AD采集模块305和高频AD采集模块306转换后的信号可以临时存储在数据存储单元307，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，包括发射机和接收机：其中发射机包括单匝环形线圈、发射信息模块、编码器、调制器、功率放大模块、匹配接口、核心控制器和发射天线；其中接收机包括由一个单匝环形线圈和一个多匝环形线圈组成的接收天线系统、电流反馈放大电路、电压放大电路、高速采集模块、数据存储单元、信号处理单元、噪声消除器、解调器、解码器、核心处理器以及接收信息模块；其中通过所述单匝环形线圈和多匝环形线圈具有相同辐射特性，分别作为宽带天线和窄带天线进行数据接收；通过对所述宽带天线数据中尖峰脉冲部分进行时域截断处理，并用截断的宽带数据来表征环境中的非高斯随机尖峰噪声；使用所述窄带天线的传递函数作为宽带模型和窄带模型之间的系统函数，利用截断处理后的宽带数据求出环境尖峰噪声对所述窄带天线的影响，从而消除所述窄带天线接受的信号中的非高斯尖峰噪声。

【技术特征摘要】
2015.10.12 CN 20151065583741.一种用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，包括发射机和接收机：其中发射机包括单匝环形线圈、发射信息模块、编码器、调制器、功率放大模块、匹配接口、核心控制器和发射天线；其中接收机包括由一个单匝环形线圈和一个多匝环形线圈组成的接收天线系统、电流反馈放大电路、电压放大电路、高速采集模块、数据存储单元、信号处理单元、噪声消除器、解调器、解码器、核心处理器以及接收信息模块；其中通过所述单匝环形线圈和多匝环形线圈具有相同辐射特性，分别作为宽带天线和窄带天线进行数据接收；通过对所述宽带天线数据中尖峰脉冲部分进行时域截断处理，并用截断的宽带数据来表征环境中的非高斯随机尖峰噪声；使用所述窄带天线的传递函数作为宽带模型和窄带模型之间的系统函数，利用截断处理后的宽带数据求出环境尖峰噪声对所述窄带天线的影响，从而消除所述窄带天线接受的信号中的非高斯尖峰噪声。2.根据权利要求1所述的用于无线透地通信系统的脉冲噪声测量与消除系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，张帆，贺庆，娄小平，董明利，祝连庆，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11