浅谈新技术在煤矿通信系统中的应用

　　针对煤矿通信系统不完善，无法满足矿井发展和安全生产需要的现状，如何在运用新技术新设备上，实现矿井通信联络系统的安全、可靠运行，在满足矿井正常生产和调度指挥的同时，增强煤矿应急救援的反应能力，并有效地降低了维护成本，减轻维护人员的工作强度，提高了工作效率。本文笔者结合工作实践，主要探讨新技术在煤矿通信系统中的应用。

　　煤矿通信系统是煤矿安全生产、紧急避险、应急救援的重要工具。煤矿通信设备主要用于煤矿井上下生产调度指挥，煤矿通信技术及设备的选型、安装、使用和维护正确与否将直接影响煤矿企业的安全生产。

　　1 煤矿通信系统现状

　　煤矿通信系统在煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的工作中起着重要的作用。但是长期以来，煤矿由于受地质条件限制，井下巷道分布复杂，作业地点分散，使井下通信系统建设存在许多问题：特别是通信新技术新设备的匮乏，另外，管理制度、技术规范欠缺，井下通信系统图更新不及时，设备说明书、图纸资料、测试记录不齐全，防爆电话数量和地点不能完全符合《煤矿安全规程》的有关要求。井下通信器材质量问题也较多，选型不规范等。都制约和影响着矿井通信的发展和安全生产的顺利进行。

　　2 分数阶变换技术在煤矿井下有线通信系统中的应用

　　有线通信是利用光缆作为通讯传导的通信形式，然而，原有的有线通信信道中存在各种噪声，如果不对其进行处理则会使误码率增加。因此，要消除不理想信道和噪声对信号的影响，必须应用新技术。分数阶变换的通信技术原理是以线性调频信号作为调制信号，利用线性调频信号在分数阶里变换域的能量聚焦特性，通过接收机进行路径分集接收抑制有线通信信道多途效应所产生的码间干扰，从而提高系统的抗噪声干扰和频率选择性衰减的能力。具体应用程序如下：

　　1.信号检测与参数估计

　　分数阶变换作为一种新型的线性时频工具，其实质是信号在时间轴上逆时针旋转任意角度到U轴上的表示，而该核是U域上的一组正交的基，这就是分数阶变换的基分解特性。所以，在适当的分数阶域中，一个chirp信号将表现一个冲击函数，即分数阶变换过程中，某个分数阶域对应的chirp信号具有很好的能量聚焦性，而这种能量聚焦性对chirp信号的监测和估计具有很好的作用。因此，在信号检测与参数估计中，我们的基本思路是以旋转角口为变量进行扫描，求出观测信号所有阶次的分数阶变换，于是形成信号能量在由分数阶域U和分数阶次P组成的二维参数平面上的分布。然后，我们按域值在在此平面上进行二维搜索，找出最大峰值位置。并根据最大峰值坐标可以检测出chirp信号，并估计出峰值所对应的分数阶次P和分数阶域坐标，估计出信号的参数。

　　2.分集接收

　　分集接收是将接收到的多径信号分离成互不相关的多路信号，然后将多径衰落信道分散的能量更有效的接收起来，处理之后进行判决，从而达到抗衰落的目的。本文采用分集合并技术，即取出那些幅度明显大于噪声背景的多径分量，对它们进行延时相加，使之在某一时刻对齐并按一定的准则合并，提高多径分集的效果。在通信系统中，RAKE接收机由N个并行相关器和个合并器组成，每个相关器与发射信号的一个多径分量匹配。在N个相关器前增加时移单元，就可在时间上将所有分量对齐，从而采用相同的本地参考信号。然后，相关器组的输出送给合并器，将合并器输出的判决变量送到检测器进行判决。最后，根据接收机使用的不同合并方法，在选择性合并方式下，在多支路接收信号中，选取信噪比最高的的支路信号作为输出信号。

　　3.峰值输出

　　信噪比系数呈现出一个典型的振荡特性，且振荡频率与振荡幅度与时频面的旋转角度和输入信号相关。因此在采用分数阶变换技术的实际使用中，在进行近似计算处理时需要特别注意，必须对近似处理带来的误差进行评估。

　　3 ATP系统在煤矿地面光通信系统中的应用

　　ATP系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统，其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪，并将信标光引入精跟踪的视场范围内，然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄，再将信标光稳定在可通信的视场之内，为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。

　　1.粗跟踪单元

　　粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线，万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器组成，主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段，粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号，将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内，必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜，使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内，从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。

　　2.精跟踪单元

　　精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度，它要求带宽非常高，带宽越高，对干扰的抑制能力就越强，从而可加快系统的反应速度，加强跟踪精度。因此，设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个ATP系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术，可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器和定位探测器组成探测接收单元转换，CCD完成捕获与粗跟踪，并将接收光引导至OPI N上，在OPI N中进行误差信号的检测，从而提高信标光捕捉精度。

　　3.控制单元

　　将捕捉的信号经放大、整形和A/D变换处理后，在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号，又经数据分配接口送入D/A转换与处理网络，使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动，以调整天线的位置，达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。

　　4 结语

　　通信技术的发展促进了社会生活的进步，在未来煤矿通信技术的研究上，应不断探索、创新，追求新技术新设备在煤矿通信系统中的应用。

　　作者：韩维敏　冯向阳 来源：卷宗 2016年4期