基于SQUID阵列的低频透地通信系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103220047A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103220047103220047A(43)申请公布日2013.07.24(21)申请号201310153611.5(22)申请日2013.04.28(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人王会武荣亮亮徐婷常凯伍俊蒋坤侍文谢晓明(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人潘振甦(51)Int.Cl.H04B13/02(2006.01)H04B1/16(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书5页说明书5页附图3页附图3页(54)发明名称基于SQUID阵列的低频透地通信系统及方法(57)摘要本发明涉及一种基于超导SQUID阵列的低频透地通信系统及方法，其特征在于所述的系统依次由低频信号发射、无线传输大地信道以及基于超导SQUID阵列的信号接收和分析构成，其中基于超导SQUID阵列的信号接收集成了多个超导SQUID器件集成与SQUID阵列匹配的读出电路以及为超导SQUID阵列提供低温环境的杜瓦构成。所述的系统使用时需考虑①多通道串扰解决方法以及微弱信号处理方法。本发明在上述基础上能提高信号接收的信噪比和信号接收的准确性，降低通信误码率。CN103220047ACN103247ACN103220047A权利要求书1/1页1.一种基于超导SQUID阵列的低频透地通信系统，其特征在于依次由低频信号发射、无线传输大地信道以及基于超导SQUID阵列的信号接收和分析构成，其中基于超导SQUID阵列的信号接收集成了多个超导SQUID器件集成与SQUID阵列匹配的读出电路以及为超导SQUID阵列提供低温环境的杜瓦构成。2.按权利要求1所述的系统，其特征在于超导SQUID阵列是将各单体SQUID在一个平面内集成。3.按权利要求2所述的系统，其特征在于集成时载体材料为无磁玻璃纤维，利用机械方法将超导SQUID固定在载体平面的表面。4.按权利要求1所述的系统，其特征在于：①多个超导SQUID通道为16通道时，按4×4方式排列；②在杜瓦内径为190mm，按4×4排列时，器件间距为4‐5cm，提高信噪比4倍。5.按权利要求1所述的系统，其特征在于多个超导SQUID需要配置与超导SQUID阵列相匹配的多通道读出电路。6.按权利要求5所述的系统，其特征在于将单个读出电路中的公共部分加以整合，形成一个整体的多通道读出电路，并与多通道SQUID阵列相匹配，以输出平面阵列各通道超导SQUID所感应的信号。7.按权利要求6所述的系统，其特征在于单个读出电路中每个FLL单元电路，通过共享方式，将各读出电路共有功能进行集成，使用信号总线、通讯管理模块、激励测试模块和信号输出模块统一管理SQUID阵列中各传感器的参数调整和信号输出，然后每个FLL单元连接每一个通道的SQUID器件，构成集成的多通道SQUID读出电路。8.使用按权利要求1‐7所述的系统的方法，其特征在于通道间的串扰的解决方法是用磁通调制同步技术，即针对多通道SQUID，选用同频率、同相位的调制信号作为各通道的调制磁通，使调制磁通相位一致。9.使用按权利要求1‐7所述的系统的方法，其特征在于利用经验模态分析方法解决基于SQUID阵列的微弱信号处理。10.按权利要求9所述的方法，其特征在于通过经验模态分析方法对每一通道的噪声进行处理后，使用平均算法提高系统的信噪比，以检测出淹没在噪声中的磁信号信息。2CN103220047A说明书1/5页基于SQUID阵列的低频透地通信系统及方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于超导传感器阵列的低频透地通信系统及方法。属于透地通信技术领域。背景技术[0002]矿产资源是国家经济发展和社会进步的重要物质基础，因此矿业是国民经济的基础产业。但是大部分矿业生产活动的特点是在地下深处施工作业，空间狭小，工作环境恶劣，当遇到突发事件时，应该及时尽快进行抢救。但目前通信系统以有线传输为主，在灾害事故后，线路极易发生损坏，造成通信中断，使得矿工很难和地面人员联系，地面抢救人员也无法及时准确地了解被困人员的状况和位置，给救援人员造成极大的困难，以至不能够把事故的影响和损失降到最低。因此，以大地为信道的透地无线通信系统被认为是安全生产和灾后救援的一种安全、灵活、可靠的通信系统，对矿井的抢险救灾工作提供了一个非常有效的通信手段。[0003]透地无线通信系统以大地为传输信道，与其它通信系统相比，主要有以下几个方面的特点，（1）因为透地通信的电磁波要在土层和岩石层中传播，属于导电或半导电媒质，由电磁波传输理论得知，电磁波在导电媒质中衰减常数β及趋肤深度γ的表达式分别是β=(πfμσ