矿用钻杆中声波通信技术研究

针对现有几种煤矿井下随钻测量数据传输方式在实际应用中的局限性,提出利用钻杆中传播的声波,实现数据传输,以弥补现有随钻数据传输方式的不足。通过对钻杆柱中声波传播特性的数学分析及试验测试,验证了钻杆柱中声波信号的衰减及适应频率;基于换能器的研究设计了满足煤矿井下工况条件的声波信号源;通过随钻测量数据传输试验,验证了声波在钻杆柱中传输数据的通信效果,证明矿用钻杆中通过声波传输随钻测量数据的可行性。

一种基于OFDM技术的声波通信系统设计与实现

随着手持移动设备的发展,近场通信的应用也越来越广。本文设计并实现了一种新型的基于OFDM技术的声波通信系统。在发送端,首先对传输数据进行差分编码,并加入同步信号和校准信号,然后依据OFDM技术将信号调制发送。在接收端,首先对接收信号做同步自相关处理获得起始数据帧位置,然后通过处理校准信号进行调制频率匹配校正,最后进行FFT变换解调出数据。通过对基于安卓平台实现的系统进行多种格式类型的文件传输实验表明,系统可以实现零误码的可靠数据通信。

井下声波通信系统中的同步解调方法

为满足油田智能化开采应用中数据长期监测的需求,对井下数据的声波耦合提取进行研究;分析声波传输过程中可能出现的信号畸变问题,针对信号幅度的不规则起伏采取三值包络分层解调方法,设计基于采样点分组与相关检测的位同步提取算法,开发相应的同步解调软件。结果表明,该算法复杂度低,易于实现,适用于传输速率不高于2kbit/s的数传系统。

基于声波通信的无线计算器设计

为深入研究声波通信的原理,掌握构建声波通信系统的方法,设计了由两台电脑及麦克风组成的声波通信系统,利用MATLAB中的发声函数在两台电脑间实现了基于声波通信的无线计算器功能。实验结果稳定可靠,声波通信系统对生产实际有着重要的理论意义和社会价值。

周期性管柱信道的声波通信技术研究综述

井下声波通信技术利用周期性管柱信道实时传输声波数据,相比于其他通信方式,具有适应性好、复杂度低、传输效率高等优点,在随钻地质导向、油水井监测等方面有广阔的应用前景,是发展智能油田的关键技术之一。该文主要综述20世纪90年代以来关于周期性管柱信道物理模型、信道容量、声信号调制与接收方法等关键问题的研究历程和主要结论,并对通信系统的设计要点与国内外相关产品的现场应用进行梳理,为后续的技术改进提供依据。

基于声波通信技术的电动车分时租赁车载终端研制

随着电动汽车分时租赁商业模式业务蓬勃发展,远程控制作为分时租赁全业务流程中最重要环节,其快速响应程度直接影响全业务流程完整性和用户体验度。目前,电动汽车车载终端主要采用3G LTE、4G LTE、GPRS等无线通信方式,实时向平台管理中心上传车辆运营情况,并接收由平台管理中心下发的远程控制指令。但是在信号恶劣地区,其电动汽车车载终端会出现时延长、响应慢的现象,直接影响用户体验度和平台管理中心对电动汽车的管理力度。为此,文中引入声波通信技术作为辅助通信方式,采用"ASK+FSK"复合调制方式,并结合"双麦录入"的抗干扰技术,研制出具有高抗噪性声波通信功能的电动汽车分时租赁车载终端,实现手机声波对车辆的控制,为保障分时租赁全业务流程流畅性和完整性奠定坚实的技术支撑。

基于OFDM技术的声波通信系统研究

针对目前声波通信存在的传输速度有限问题,将OFDM技术应用于声波通信,有效提高频谱利用率进而提升传输速度。首先分析声音信道包括环境噪声和声音的传输特性,接着完成通信系统各模块设计,最后编写安卓程序在手机上测试系统的可靠性。实验从调制阶数、通信距离和传输角度等方面对系统展开测试,通过测试,通信系统使用QPSK调制方式能够在20cm范围内可靠稳定通信,通信系统的传输速度为4kbit/s,高于目前主流声波通信系统的传输速度,可以应用到速度要求更高的近场通信场景。

移动支付的安全性研究--基于NFC与声波通信

在当前互联网飞速发展与电子商务领域激烈竞争的形势下,以手机支付为主的移动支付占据越来越重要的地位。然而随着移动支付的快速发展,其暴露的安全性问题也日渐突出。本文将探讨常见的移动支付方式NFC与声波通信的原理,结合其在移动支付应用的特点,通过分析支付流程归纳出可能存在的安全性问题,并针对这些问题从安全技术方面提出一定建议。

基于超声波通信的多路控制系统

针对超声波通信的多路控制系统进行详细介绍,分析超声波发射和接受电路、编码译码电路之间的关系和工作原理,如何将数据进行发射和传输,从而实现了对信号的多路控制。

基于声波通信的无人机搜救定位装置与系统设计

电力工作人员的野外作业环境复杂,情况多变,外出作业人员容易发生意外。一旦野外作业人员失联,为了及时挽救被困人员的生命,需要快速精确地定位被困人员的位置。考虑到被困人员可能处于通讯盲区,失去意识或其它无法主动呼救的情况,此时最为关键的是如何主动快速准确地定位被困人员的位置。文章提出了一种基于声波通信的无人机搜救定位装置及其系统的设计,主要是利用低频声波使无人机与被困人员携带的信标机建立声波通讯连接,然后根据地面声音信号到达无人机的麦克风阵列的声程差,通过声源定位算法计算出地面目标的位置信息。然后将地面目标的位置信息传送给负责调度整个救援计划的地面控制站。地面控制站根据接受到目标的位置信息以及无人机采集到的实际的地形地势信息,立即更新救援计划,展开救援行动。

智能终端短程声波通信方案浅析

通过信道编码、信源编码、调制解调等信号处理手段可利用声波短距离传输信息,本方案通过实验声波短程通信的场景,验证声波通信的可应用性,发掘更广阔的声波通信应用方向。在方案中搭建管理系统,配合管理声波传输的信息;在探索更高效、安全的音频信息传输技术、抽象音频信息解析能力的同时,将声波通信能力封装成SDK,为智能终端应用开发提供支持。

斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统

跨金属无线传输是超声波通信的重要应用场景之一。实际应用中超声波在金属/超声波换能器界面处因反射而造成回波干扰是这类通信系统的天然缺陷。尽管利用回声消除技术能一定程度地克服回波干扰,但这需要调用大量电路硬件或计算资源。该文在超声波跨金属厚壁通信系统中摒弃传统的直射式探头而选用入射角为45◦的斜射式探头作为超声波发射和接收换能器,由于斜射式探头偏转了超声波在金属信道内的反射路径,从而大幅降低换能器接收到的回波。在不进行回波消除的前提下,以STM32为主控芯片和自制信号调理电路搭建了一套斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统,同时将之与选用直射式探头作为超声波换能器的通信系统进行对比验证。研究表明,在接收信噪比方面斜射式系统(19.52 dB)远优于直射式系统(9.24 dB),在穿透60 mm的厚铝板时系统实时通信速率达到1.2 Mbit/s,并可实现实时声频传输。

超声波穿金属无线通信噪声智能抑制方法研究

超声波是面向密闭金属腔体内外间进行无线通信时一种较为理想的信息传输媒介,回波是超声波穿金属无线通信系统的主要噪声来源。针对现有超声波穿金属无线通信系统中回波消除技术的局限,该文引入深度学习方法来实现一种新的回波消除技术方案进行通信接收端信号信噪比的改善。搭建了由摄像头、发射端FPGA、发射端超声换能器、金属铝块、接收端超声换能器和接收端FPGA组成的试验型超声波穿金属无线通信系统,作为信道的铝块其厚度为50 mm,基带频率为10 MHz。使用全卷积时域音频分离网络对超声波穿金属通信系统接收端的信号进行盲源分离,模型经过45次训练后较好实现了去除混合信号中的无用噪声而增强超声波信号的信噪比,在通信速率2 Mbps条件下实现了13.57 dB的SDR提升量和39.70 dB的SI-SDR提升量。

基于直扩超声波宽带人体通信多点接入的自适应速率调整

体域网是远程医疗和健康监护的重要环节,现有研究多采用电磁波传输。相比之下,人体软组织中超声波传播衰减小,产生的热量少,比电磁波传输距离远且致病风险低,利用超声波实现人体范围的通信和组网具有一定优势。现有的超声波宽带通信多采用超短脉冲减少多径交叠及其带来的干扰,结合直接序列扩频技术可以共享信道实现多点接入。但是,增加通信数量带来的干扰使目标通信链路接收节点的信噪比降低,采用固定帧长与码长无法保证通信可靠性。文中针对多点接入的场景,对节点的通信速率进行数学建模,研究竞争与合作两种场景下的自适应速率调整方法,利用凸优化理论的拉格朗日乘数法推导了帧长和码长的闭式解,在多点通信中动态改变帧长和码长实现速率调整。仿真结果表明,文中方法随着通信链路数及其干扰变化可实现自适应速率调整,其中,基于协商对策论的合作方案可以平衡不同节点的通信速率,获得更好的网络性能,基于速率最大的竞争方案有助于提高目标通信链路的有效通信速率,实际应用中需根据应用场景进行选择。

直扩超声波宽带体内通信的误比特率仿真研究

人体软组织的含水量高达65%,所以超声波在人体软组织中传播的衰减小、致病风险低且干扰范围有限,在体内通信具有优势。然而,超声人体信道具有密集多径特性,经过反射和折射多条路径到达接收端的信号交叠在一起会产生多径干扰,影响通信可靠性。现有研究通过发射极短脉冲的超声波来避免多径交叠及其带来的干扰,但大方向角的超宽带超声探头难以实现,实际探头产生的脉冲宽度不够小,在接收端会产生多径交叠,对信号判决产生的干扰不能忽略。为了研究体内多径干扰的分布特性及其对宽带超声人体通信的影响,文中利用k-Wave仿真工具包对超声人体信道进行三维建模,然后通过仿真实验获得信道冲激响应,分析多径时延分布的统计特性并进行曲线拟合,根据接收端的判决机制估算人体信道的多径干扰,推导了直接序列扩频超声波宽带体内通信的误比特率下界,并通过蒙特卡罗实验验证了这个误比特率下界的有效性。实验结果表明,信噪比较低时多径干扰不能忽略,调整扩频码长可改善通信性能。

超声通信技术在自动化测试中的应用

随着科技的不断进步和智能终端产品市场的快速发展,自动化测试成为保证产品质量和提高生产效率的重要环节。传统自动化测试中存在很多网络通信模式,具有一定的局限性,已无法满足实际需求。与其他方式相比,超声波通信具有方向性好、穿透性强、能量转化效率高等特点。基于此,结合智能终端产品的基本发展情况,介绍超声波通信在智能终端产品自动化测试中的应用,并以比吸收率(Specific Absorption Rate,SAR)测试为例,分析该技术在自动化测试领域的优势和应用前景。

超声波穿金属厚壁通信电路系统设计与实现

在分析超声波穿金属厚壁通信系统需要高频高压的基础上,设计了一种利用电感储能产生高压脉冲的发射电路。采用FPGA产生高精度高频控制信号,驱动IGBT开关元件。同时在对介质表面声波透射状况分析后,设计了接收信号放大和带通滤波电路,实现了超声信号的稳定接收。在接收信号包络检波和A/D采样转换后,通过FPGA处理实现了数据流的还原。该设计方案可实现密闭容器内信息的采集与高速传输,具有重要的应用前景。

超声波穿金属厚壁通信驱动系统的设计

为实现超声波穿金属厚壁的有效通信,设计了一种无变压器直流高压超声波穿金属厚壁通信驱动系统。该设计以功率MOSFET管IRF820作开关元件,用现场可编程门阵列(FPGA)产生激励脉冲信号,MAX668提供直流高压,12V单电源供电,产生了宽度0.7μs、幅值256V的尖脉冲信号。试验表明,设计系统产生的高压尖脉冲信号激励发射换能器,在接收换能器处得到了理想的信号波形。该设计实现了10kbps的信息传输速率,为密闭室内的有效通信提供了解决方案。

基于声波的通信方案研究

研究了声波通信的原理，探讨了构建声波通信系统的方法。并设计了两台电脑及麦克风／扬声器组成的声波通信原理系统，利用MATLAB中的编程实现了在两台电脑间的基于声波的广播通信功能。实验结果表明，在可听见的声波范围内短距离的通信较为稳定可靠、且传输数据率较为满意。

跨金属厚壁的视频超声无线通信系统

视频无线传输作为高速通信技术的重要应用场景之一,目前在跨金属超声无线通信领域还鲜见报道,为此,基于现场可编程逻辑门阵列芯片采用单载波时域均衡技术搭建了一套高速的跨金属超声无线通信系统。系统以工作频率10 MHz的锆钛酸铅压电陶瓷超声换能器作为超声波的发射端和接收端,基于符号最小均方算法在现场可编程逻辑门阵列中构建自适应时域均衡器以实现回波消除。以系统摄像头所采集现场视频数据作为信号源,开展了在厚度50 mm铝板双侧之间的超声无线通信实验。结果表明在穿透厚铝板时,单载波时域均衡技术让系统接收信噪比由原来的10.46 dB提高到19.08 dB,使得实时视频无线传输得以实现。