CN106788558A - 一种透地通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种透地通信系统，所述系统包括第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元包括第一信号发射装置和第一信号接收装置，所述第二通信单元包括第二信号发射装置和第二信号接收装置，所述第一信号发射装置包括控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱，其中所述隔离电源箱为所述控制箱和所述驱动箱提供电压；所述驱动箱与所述控制箱之间设有信号传递的光纤。本发明提供的一种透地通信系统，能有效增大发射功率，产生甚低频及超低频发射信号，同时避免发射天线的强磁场对控制箱弱电电路的影响和干扰。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种透地通信系统。
背景技术
现代工业生产及城镇建设正逐步扩大对地下空间的开发与利用，无线通信技术也被广泛应用于地表以下的环境，如地下环境感知与设施监测、地下安全生产监测、地下人员定位和灾后救援等，这使得远距离无线透地通信的研究成为无线通信领域的研究热点。然而，大地信号结构复杂，是一种比较恶劣的信道，大地介质对电磁波的衰减很大，电磁波在大地介质中传播时，半导电媒质需要吸收电磁波的能量，电磁波频率越高，电磁波的振衰减越严重，电磁波穿透大地的能力就减弱越多，从而使传播距离减小。与广播、移动电话等传统的无线射频通信相比，透地通信系统是以大地为传播媒质，信号在地层中衰减严重，多数时候只能采用甚低频及超低频信号才能实现较强的穿透能力，使传播相对稳定可靠。在现有技术中采用的发射天线多是尺寸大且辐射效率较低、系统带宽有限、通信速率低，难以实现发射甚低频及超低频的信号。另外，现有技术中为了使透地通信系统发射低频强磁场信号，使发射电路与发射天线之间的距离较近，造成低频强磁场信号对发射电路的影响和干扰。
因此，需要一种能有效增大发射功率，产生甚低频及超低频发射信号的透地通信系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透地通信系统，所述系统包括第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元包括第一信号发射装置和第一信号接收装置，所述第二通信单元包括第二信号发射装置和第二信号接收装置，所述第一信号发射装置包括控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱，其中
所述隔离电源箱为所述控制箱和所述驱动箱提供电压；所述驱动箱与所述控制箱之间设有信号传递的光纤；
所述控制箱设有信息输入终端、产生光纤控制信号的控制模块以及与所述控制模块连接的4路信号发射光纤接口和2路信号接收光纤接口；
所述驱动箱设有驱动电路、连接所述驱动电路的电平转换器以及与所述电平转换器连接的4路信号接收光纤接口和2路信号发射光纤接口，所述驱动电路将发射信号加载到所述发天线上；
所述4路信号接收光纤接口与所述4路信号发射光纤接口通过光纤对应连接，用于接收所述控制模块产生的光纤控制信号；
所述2路信号接收光纤接口与2路信号发射光纤接口通过光纤对应连接，用于接收所述驱动电路产生的光纤报错信号。
优选地，所述第二信号发射装置包括与所述第一信号发射装置相同的控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱。
优选地，所述第二信号接收装置接收所述第一信号发的装置发射的信号，所述第一信号接收装置接收第二信号发射单元发射的信号。
优选地，所述控制模块通过嵌入式处理系统和现场可编程门阵列对信息进行信道编码和数字调制产生光纤控制信号。
优选地，所述信道编码采用Turbo码的方式，所述数字解调采用QPSK调制。
优选地，所述隔离电源箱为所述控制箱提供电压包括+24V直流弱电电压，为所述驱动箱提供0～300V可调直流强电电压。
优选地，所述信息输入终端包括键盘、麦克风、语音处理系统以及显示屏。
本发明提供的一种透地通信系统，能有效增大发射功率，产生甚低频及超低频发射信号，驱动箱与控制箱之间设有信号传递的光纤使控制箱与驱动箱、控制箱与发射天线之间保持较远的距离，避免发射天线的强磁场对控制箱弱电电路的影响和干扰，同时本发明透地通信系统能够接收来自驱动箱的报错信号，当驱动箱出现异常时立即停止控制箱信号的发送。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明透地通信系统的示意图；
图2示出了本发明第一信号发射装置的示意图；
图3示出了本发明第一发射装置控制箱的结构框图；
图4示出了本发明第一发射装置驱动箱的结构框图；
图5示出了本发明驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明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，本发明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发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
在如下的实施例中对本发明所提供的透地通信系统做出详细说明，应当理解的是所述的透地通信系统能够用于地面与地下通信、地下不同地层之间的通信以及地下同层中不同区域之间的通信，也就是说在通信过程中具有地层障碍的区域之间均可以采用本发明的透地通信系统，下文实施例只是示例性给出地下与地面之间的透地通信，本发明的真正范围应当以权利要求所限定。如图1所示本发明透地通信系统的示意图，本实施例中透地通信系统包括包括设置于地下的第一通信单元102和设置于地上的第二通信单元103，在第一通信单元102和第二通信单元103之间隔有底层101。
第一通信单元102包括第一信号发射装置104和第一信号接收装置105，第二通信单元103包括第二信号发射装置106和第二信号接收装置107，第一信号发射装置104发射信号穿过底层由第二信号接收装置107接收处理；第二信号发射装置106发射信号穿过底层由第一信号接收装置105接收处理，从而完成第一通信单元102与第二通信单元103之间的透地通信。
如图2所示本发明第一信号发射装置的示意图，第一信号发射装置包括控制箱201、驱动箱202、发射天线203以及设于所述控制箱201和所述驱动箱202之间的隔离电源箱204，驱动箱202与控制箱201之间设有信号传递的光纤205；其中隔离电源箱204为控制箱201提供直流弱电电压，同时隔离电源箱204为驱动箱202提供可调直流强电电压。
隔离电源箱204具有大容量的蓄电池，其输出一共包括两部分，一为由隔离电源箱204的A端接口输出+24V直流弱电电压，用来给控制箱201提供工作电压，另一部分为由隔离电源箱的B端接口输出0～300V可调的直流强电电压，用来给驱动箱202提供工作电压，本实施例中优选驱动箱202驱动箱为大功率驱动箱(IGBT)。在一些实施例中，隔离电源箱204也可以在接入220V交流电的情况工作，通过接入220V交流电可以完成对蓄电池的充电。
第二信号发射装置包括与所述第一信号发射装置相同的控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱，第二信号发射装置的具体结构这里不再累述。
如图3所示本发明第一发射装置控制箱的结构框图，控制箱设有信息输入终端301、产生光纤控制信号的控制模块302以及与所述控制模块302连接的4路信号发射光纤接口303和2路信号接收光纤接口304，本实施例控制箱的工作电压为+24V。其中信息输入终端301可以实现多种输入方式，包括通过键盘305进行文本信息输入或者通过麦克风306进行音频信息输入，通过麦克风306输入的音频信息需要借助语音处理系统307进行处理。当信息输入完成由嵌入式处理系统309将完成的输入信息传递给显示屏308进行显示。
控制模块302通过嵌入式处理系统309和现场可编程门阵列(FPGA)310对输入的信息进行信道编码和数字调制产生光纤控制信号，并将光纤控制信号通过与4路信号发射光纤接口303连接的光纤发射出去，传递给工作在强电压下的驱动箱。优选地，所述信道编码采用Turbo码的方式，所述数字解调采用QPSK调制。
2路信号接收光纤接口304通过连接的光纤接收来驱动箱的光纤报错信号，当驱动箱出现异常时可立即停止控制箱光纤控制信号的发送。
如图4所示本发明第一发射装置驱动箱的结构框图，驱动箱设有驱动电路401、连接所述驱动电路401的电平转换器402以及与所述电平转换器402连接的4路信号接收光纤接口403和2路信号发射光纤接口404，电平转换器402通过由4路信号接收光纤接口403接收到的光纤控制信号驱动驱动电路401将发射信号加载到发天线上。
如图3和图4所示，4路信号接收光纤接口403与4路信号发射光纤接口303通过4路光纤对应连接，使控制箱的控制模块302产生的光纤控制信号传递至驱动箱的驱动电路401，驱动驱动电路401将发射信号加载到发射天线。2路信号接收光纤接口304与2路信号发射光纤接口404通过2路光纤对应连接，使驱动箱的驱动电路401产生的光纤报错信号传递至控制箱的控制模块302，从而即时停止控制箱光纤控制信号的发送。控制箱和驱动箱之间通过光纤传递信号，使控制箱与驱动箱、控制箱与发射天线之间保持较远的距离，避免发射天线的强磁场对控制箱弱电电路的影响和干扰。
如图5所示本发明驱动电路的电路原理图，驱动电路工作电压为0～300V可调直流强电压，当电平转换器402将4路信号接收光纤接口403接收到的光纤控制信号分四路传递给驱动电路，其中四路光纤控制信号分别为光纤控制信号Ⅰ、光纤控制信号Ⅱ、光纤控制信号Ⅲ以及光纤控制信号Ⅳ，四路光纤控制信号分别驱动驱动电路的四个芯片，将发射信号加载到发射天线501上。本发明所提供的透地通信系统的驱动电路可以实现300A的发射电流。
驱动电路出现异常时，其中两个芯片产生的光纤报错信号合并为一个光纤报错信号a，另外两个芯片产生的光纤报错信号合并为另一个光纤报错信号b，光纤报错信号a与光纤报错信号b通过电平转换器402传递至2路信号发射光纤接口404由光纤分为两路传递给控制箱的控制模块。
本发明提供的一种透地通信系统，能有效增大发射功率，产生甚低频及超低频发射信号，驱动箱与控制箱之间设有信号传递的光纤使控制箱与驱动箱、控制箱与发射天线之间保持较远的距离，避免发射天线的强磁场对控制箱弱电电路的影响和干扰，同时本发明透地通信系统能够接收来自驱动箱的报错信号，当驱动箱出现异常时立即停止控制箱信号的发送。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (7)
1.一种透地通信系统，所述系统包括第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元包括第一信号发射装置和第一信号接收装置，所述第二通信单元包括第二信号发射装置和第二信号接收装置，其特征在于，所述第一信号发射装置包括控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱，其中
所述隔离电源箱为所述控制箱和所述驱动箱提供电压；所述驱动箱与所述控制箱之间设有信号传递的光纤；
所述控制箱设有信息输入终端、产生光纤控制信号的控制模块以及与所述控制模块连接的4路信号发射光纤接口和2路信号接收光纤接口；
所述驱动箱设有驱动电路、连接所述驱动电路的电平转换器以及与所述电平转换器连接的4路信号接收光纤接口和2路信号发射光纤接口，所述驱动电路将发射信号加载到所述发天线上；
所述4路信号接收光纤接口与所述4路信号发射光纤接口通过光纤对应连接，用于接收所述控制模块产生的光纤控制信号；
所述2路信号接收光纤接口与2路信号发射光纤接口通过光纤对应连接，用于接收所述驱动电路产生的光纤报错信号。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第二信号发射装置包括与所述第一信号发射装置相同的控制箱、驱动箱、发射天线以及设于所述控制箱和所述驱动箱之间的隔离电源箱。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第二信号接收装置接收所述第一信号发的装置发射的信号，所述第一信号接收装置接收第二信号发射单元发射的信号。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述控制模块通过嵌入式处理系统和现场可编程门阵列对信息进行信道编码和数字调制产生光纤控制信号。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述信道编码采用Turbo码的方式，所述数字解调采用QPSK调制。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述隔离电源箱为所述控制箱提供电压包括+24V直流弱电电压，为所述驱动箱提供0～300V可调直流强电电压。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述信息输入终端包括键盘、麦克风、语音处理系统以及显示屏。
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