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作者：王洪梅;李含笑;卢旭;孟庆勇;沈胜强;李世银;
单位：中国矿业大学信息与控制工程学院;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室;煤炭科学技术研究院有限公司;
摘要：现有井下无线信道建模主要针对巷道、井筒和房柱等几何结构相对规则的特定场景，对于几何形状复杂多变、介质分布不均匀的采空区场景适用性不足。针对煤矿采空区多孔非均匀介质环境，采用弹跳射线法进行无线信道建模。首先，建立煤矿采空区环境模型，通过弹跳射线法对电磁波在采空区多孔非均匀介质中的传播机制进行仿真，获取发射机-接收机、发射机-中继器、中继器-接收机之间的直射路径和反射路径。然后，针对各条传播路径，引入反射系数建立信道冲激响应模型和路径损耗模型，并综合考虑采空区环境温度和设备噪声系数，构建热噪声模型。最后，通过对多径分量进行相干矢量叠加，生成复合接收信号。基于所建立的采空区多孔非均匀介质无线信道模型，对0.7,0.8,0.9,2.6,3.5,5.9 GHz频率下的信噪比进行了仿真，得到信噪比与频率呈显著负相关关系，这与煤矿井下无线通信的理论规律相符，表明所建立的无线信道模型能准确反映不同频率电磁波在采空区环境中的传播特性差异；在模拟采空区环境下，采用ZigBee和LoRa通信模块开展了2.4 GHz,868 MHz和915 MHz频率下不同传输距离的接收信号强度测试，测试结果与仿真结果具有良好的一致性，验证了所建立无线信道模型的准确性。
关键词：煤矿采空区;;多孔非均匀介质;;无线信道建模;;弹跳射线法;;电磁波传播;;多径效应
基金资助：江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX25＿2985);; 中国矿业大学研究生创新计划项目(2025WLJCRCZL112);; 国家自然科学基金面上项目(62371451);; 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室开放基金项目(SKLIS202406);; 江苏省自然科学基金面上项目(BK20242083)
