19、地下矿井传感器无线通信系统的进展研究

地下矿井传感器无线通信系统的进展研究

1. 引言

近期一系列不幸的地下采矿灾难，再次凸显了地下采矿通信的至关重要性。由于极端的环境条件，为地下采矿建立可靠的通信是一项极具挑战性的任务。不过，无线传感器被认为是地下矿井环境通信设备的有前途的候选者。它们可用于多个与采矿业相关的应用，例如：
- 矿工跟踪
- 预防人员与车辆之间的致命事故
- 当矿工进入不安全区域时提供警告信号
- 监测地下气体
- 消息通信

尽管无线传感器具有潜在优势，但实现它们仍面临挑战，存在一些待研究的问题。地下通信是环境对通信性能有显著直接影响的少数领域之一，而且地下矿井是动态环境，随着矿井的扩展，覆盖区域会自动扩大。

在矿井中，通信需要完全覆盖矿井巷道，提高系统可靠性和传输速率以实现更快的数据吞吐量。出于安全和生产效率的原因，从矿井的每个点收集和传递信息极为重要。为满足这些需求，通信行业将目光投向了用于无线传感器的超宽带（UWB）技术。众多研究表明，UWB是传感器网络应用的使能技术之一，它为无线传感器网络（WSN）应用提供了高性能与低复杂度的良好结合。此外，UWB具有出色的空间分辨率，可应用于定位和跟踪领域。除了UWB技术，多天线系统也引起了无线领域的极大兴趣。多天线系统在发射机、接收机或两者都采用多个天线，通过巧妙使用天线，在发射机或接收机链路端使用多个天线时，有可能实现阵列增益或分集增益；当链路两端都有多个天线时，可实现的数据速率可能与链路两端天线数量的最小值成线性比例增加。

在传感器网络中，节点通常密集部署，它们相互协作而非竞争以完成共同任务。例如，多个节点感知同一对象并将测量数据传输到远程数据融合中心（中继站），由于节点空间上聚集，