[发明专利]矿井电磁波分析方法

说明书

本发明公开了一种矿井电磁波分析方法，该方法解决了射线追踪法不能计算收发天线同时靠近巷帮附近的矿井电磁波特性，解决了时域有限差分法不能计算大断面长巷道中GHz以上矿井电场此特性。在仿真巷道中划分不同计算区域，根据能量守恒定律，设计了射线追踪法和时域有限差分法之间的数据传输接口，提高了计算收发天线同时靠近巷帮附近时矿井电磁波传播特性的精度和效率。为矿井无线通信基站规划布置和收发天线的安装位置提供指导，在发射功率、接收灵敏度不变的前提下，提高无线通信系统的无线传输距离。

技术领域

本发明涉及一种矿井电磁波分析方法，该方法涉及到矿井电磁波传播特性、矿井无线通信等领域。

背景技术

在无线发射功率、接收灵敏度、天线增益、无线工作频段等一定的条件下，通信基站天线位于巷道中央，无线传输损耗最小，无线传输距离最远；通信基站天线紧靠巷帮，虽然不影响行人和行车，但无线传输损耗大，无线传输距离近。为防止影响车辆或人员通信，矿井中通信基站天线需要布置在巷帮或顶板附近，需要研究收发天线在巷帮或顶板附近的矿井电磁波传播特性。

当收发天线在巷道断面中心及附近区域时射线追踪法计算速度快、精确度高，但不能计算收发天线同时靠近巷帮附近时的电磁波传播特性。时域有限差分法可以一次仿真得到整个巷道内的电磁波能量分布，但对于高频电磁波信号需要划分较细的网格空间，长巷道模型中需要占用TByte级的服务器内存，即使高端的服务器也无法满足仿真需求。

为了发挥射线追踪法在巷道断面中心附近区域内计算精度和效率高、时域有限差分法在整个计算空间内精度高的特点，摒弃射线追踪法不能计算收发天线同时靠近巷帮附近的矿井电磁波特性与时域有限差分法所需内存较大的缺点，需要设计射线追踪法和时域有限差分法的数据传输接口，划分不同计算区域，以提高计算收发天线同时靠近巷帮附近时矿井电磁波传播特性的精度和效率，为矿井无线通信基站规划布置和收发天线的安装位置提供指导，在发射功率、接收灵敏度不变的前提下，提高无线通信系统的无线传输距离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井电磁波分析方法，该方法用于解决射线追踪法不能计算收发天线同时靠近巷帮附近时的电磁波传播特性，用于解决时域有限差分方法不能计算大断面长距离巷道内GHz频率以上电磁波传播特性。

本发明先使用射线追踪法计算收发天线在巷道断面中心附近区域的电磁波传播特性，设计射线追踪法与时域有限差分法的数据传输接口，把射线追踪法计算出的电场强度作为时域有限差分法的激励源，再使用时域有限差分法计算巷帮附近区域的电磁波传播特性。

本发明采用的技术方案如下：

假设矩形矿井巷道巷道宽度为W，巷道高度为H，巷道长度为L，坐标原点在巷道断面中心。

在矩形仿真巷道内，从巷道断面中心附近区域沿巷道轴向设置一个竖直面，所述的竖直面和巷道顶板、一侧巷帮、巷道底板组成一个长方体区域，所述的竖直面也可以与巷道顶板平行的一个平面、一侧巷帮、与巷道底板平行的一个平面组成一个长方体区域；该竖直面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

在矩形仿真巷道内，设置一个与巷道顶板平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

在矩形仿真巷道内，设置一个与巷道底板平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

在矩形仿真巷道内，设置一个与巷道断面平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：