应答器在线检测分析系统的研究及应用

针对列车运行过程中偶发应答器信息收不到，且缺少有效测试手段的问题，研制了应答器在线检测分析系统。通过在应答器下方安装采集射频信号的检测天线，实现对应答器传输系统上/下行链路信号的实时采集；由安装在轨道旁的检测装置对采集信号解码，解析中心频率、振幅抖动、频率偏移、平均数据速率及最大时间间隔误差等指标；结合数据挖掘技术，采用同类分析法和多点对比法对数据进行处理，准确找出应答器信息丢失的原因及应答器传输系统的故障部位，达到提升应答器传输系统维护质量的目的。     

面向应答器传输模块测试的上行链路信号模拟器研究

应答器传输模块高速通过地面应答器时的接收性能测试是我国目前客运专线列控系统运用中亟需解决的问题。针对该问题,本文提出一种面向应答器传输模块测试的上行链路信号模拟器。首先分析应答器传输模块高速过点时的工作机理,深入研究车速对应答器传输模块高速过点时接收到的上行链路信号的幅度、频率和相位的影响,推导出应答器传输模块高速过点时实际接收到的上行链路信号表达式,然后提出基于自动测试系统和虚拟仪器设计方法的上行链路信号模拟器的软硬件实现方案。实际应用和测试表明,上行链路信号模拟器产生的信号和理论分析相符,可以有效地实现对应答器传输模块接收性能的测试。     

应答器安装角度偏差对传输性能的影响研究

应答器安装时的角度偏差影响射频能量信号的接收和上行链路信号的发送,因此有必要研究应答器角度偏差对其传输性能的影响。分析了应答器A接口传输过程,分别建立了应答器倾斜、俯仰和侧转时的上行链路发送模型和射频能量接收模型。确定了上行链路场和射频能量场一致性评估方法,利用模型对应答器角度偏差进行了一致性评估。建立了应答器A接口传输过程,计算出应答器的有效作用范围。研究结果表明,对于标准尺寸,应答器倾斜角在(-2°28′,+2°28′)范围内,俯仰角在(-4°40′,+4°40′)范围内,侧转角(-7°25′,+7°25′)范围内时,满足应答器A接口一致性要求;应答器安装倾斜角、俯仰角越大,应答器的有效作用距离越小。应答器安装侧转角越大,应答器的有效作用距离越大。     

有源应答器下行链路信息传输研究

针对应答器系统中有源应答器不能进行双向传输的问题,对有源应答器系统进行修改,实现信息的顺利传输。首先通过建立各个接口的下行通道实现各自的信息传输,进而实现整个系统下行链路传输,并通过对"A"接口建模仿真验证该方法的有效性。具有下行链路信息传输功能的有源应答器系统保留了原有应答器的功能,避免了技术上的大幅度修改,而且能够实现信息的双向传输,也可以代替部分轨道电路的功能。当列车控制系统降级,C1和C2系统仍然能够通过有源应答器进行双向信息传输,保证列车的安全运行,同时为实现双向应答器的产品化提供理论基础。     

点式应答器传输模块测试技术

点式应答器传输模块(balise transmission module, BTM)是中国列车控制系统(CTCS)车载子系统必不可少的设备,可实现车地间信息的传输。文章针对实际车地传输中偶尔会有"丢点"现象,即无法收到地面应答器的报文信号的问题,提出设计开发一套应答器车载设备测试系统,阐述了该系统的原理和软、硬件架构。试验表明,该测试系统较好地实现了对应答器传输过程中上下链路关键参数的考核。     

安装高度及角度偏差对应答器作用距离影响研究

应答器报文传输的准确性直接影响行车安全，针对应答器传输系统作用过程，分析其工作原理，研究安装高度与角度偏差对应答器作用距离的影响。以应答器上行链路信息传输为研究对象，建立矩形天线空间磁场分布、BTM接收上行链路信号幅度及应答器角度偏差理论模型，仿真不同安装高度、角度偏差下车载天线接收上行链路信号幅度曲线，计算分析上述条件下应答器作用距离变化情况。研究表明：(1)车载天线与应答器间垂直距离为360 mm时，作用距离达到最大，为737.6 mm;(2)应答器发生倾斜对其作用距离影响较小，俯仰角越大，应答器两侧作用距离、磁场强度呈相反变化越明显，作用距离随偏转角增大呈线性递减，相比纵向安装，应答器横向安装平均作用距离减小114.4 mm;(3)车载天线与应答器间垂直距离越大，容许偏转角偏差越大。     

BTM智能检测系统设计思路

应答器传输系统是CTCS-2/3级列控车载系统中ATP设备的重要组成单元,BTM工作是否正常对动车组列控车载设备的运用有直接影响.研究BTM智能化检测系统的设计思路,如何采用较便利的测试方法,实现在列车动态运行条件下对BTM下行链路发射信号中心频率、下行链路信号发射能量、上行链路信号频偏的检测及上行链路信号I u1等性...     

高速铁路列控系统列车位置在线估计算法研究

针对高速铁路列控系统的列车定位误差问题,首先分析不同型号ATP车载设备通过应答器的绝对定位信息进行距离误差校正的数据,验证列车定位相对误差的正态分布特性;其次提出列车的相对测距近似模型,并以最小二乘法进行在线参数辨识;最后建立列车位置更新的离散线性模型,以定位相对误差的噪声特性和最小二乘的相对测距近似模型为基础,利用多层降噪自动编码网络辅助的卡尔曼滤波算法直接对列车的相对位置在线估计从而得到绝对定位信息。利用ATP车载设备与高速动车组接口型式试验的现场数据进行仿真分析,仿真实验与实际误差校正的对比结果表明,文章提出的方法可以有效降低高速列车行走过程中的定位误差,对应均方根误差统计,整体改善程度至少达到34.39%。     

应答器传输系统作用过程分析

应答器传输系统由地面应答器、车载天线单元和车载应答器接收单元组成。列车高速移动时,车载天线单元相对应答器产生时空变化,传输信道形成时变特性。基于电磁场理论,解释应答器传输系统的工作原理,阐述其电感耦合的本质。通过研究应答器输入输出随空间变化关系、输出随时间变化关系,分析应答器输入输出特性,得到在系统射频能量传输过程中,应答器和车载天线单元在不同空间位置时的作用过程。通过模拟仿真,反映出应答器传输系统的时变非恒参过程,以及相对距离的变化对传输效能的影响。并以耦合系数S_(21)为研究对象,探讨空间位置对S_(21)的影响。     

基于RBF-DRNN应答器传输系统高速适应性评估方法研究

应答器传输模块(BTM)在不同速度下接收有效报文帧数的准确预测是评估其速度适应性的关键，因此提出一种基于RBF-DRNN的有效接收报文帧数预测方法，用于定量评估传输系统在350 km/h及以上运行条件下的适应性。首先，采用径向基函数(RBF)神经网络建立列车速度与车载设备接收最大、平均、最小比特数之间的非线性回归模型；然后，利用深度递归神经网络(DRNN)建立车载设备接收比特数、误码率、有效率与接收有效报文帧数之间的评估模型；最后，基于RBF模型预测的高速下接收比特数，结合实际误码率、有效率，预测传输系统在更高时速下接收有效报文帧数的变化范围。利用某线路联调联试数据，对模型性能进行测试。结果表明，当列车运行速度达350 km/h及以上时，评估平均误差为0.45帧，最大绝对误差为0.81帧，可有效预测更高速条件下BTM有效接收报文帧数，为应答器传输系统的高速适应性评估提供指导意义。     

应答器传输系统的电磁耦合机理及工程安装优化研究

应答器传输系统是一种基于电磁耦合机理的自动识别系统,目前已广泛应用于国内外的高速铁路及城市轨道交通系统。为了解决应答器传输系统在工程应用中存在的问题(如安装模式优化、系统可靠性等),有必要对该系统的电磁耦合机理做深入的研究,探究其蕴含磁现象的物理本质。本文深入分析了车载天线与地面应答器之间能量和数据的传输过程,建立了应答器I/O特性、射频磁场分布、信号辐射模式等理论模型,给出了计算应答器作用距离的一般步骤;并在此基础上,研究了地面应答器横向、纵向2种安装模式的本质差异,评估了2种安装模式对不同安装高度、横向偏移的适应性,给出了2种安装模式的优化参数。实测数据与理论分析相符,表明该理论分析方法能够有效地分析应答器系统的物理本质,对于应答器系统的优化、工程安装模式的选择具有一定的指导意义。     

中央发送两端电流接收式无绝缘轨道电路的断轨态分析

分析中央发送两端电流接收式无绝缘轨道电路,必须考虑电流传感器参数及其接收电路等效阻抗对轨道电路的影响。通过电路变换,推导轨道电路接收端及轨道电路的等效电路,建立轨道电路断轨态等效电路及其二端口网络模型。根据等效电路,推导断轨态数学模型,给出传输矩阵参数以及接收端钢轨电流、感应电压和转移阻抗的计算公式。算例结果表明:电流传感器参数及其接收电路等效阻抗对轨道电路的影响,可以通过分析传感器等效阻抗参数对轨道电路的转移阻抗的影响得到;传感器等效阻抗越小,转移阻抗越小,则电流传感器处钢轨电流及其感应电压越大;当传感器等效阻抗为零时的算例结果与文献[4]的有关结果一致,说明给出的分析方法和结论是可信的,并且说明文献[4]是本文在传感器等效阻抗为零条件下的特例。     

BTM硬件在回路仿真系统测试案例描述与管理

随着中国铁路技术的大力发展以及客运专线的不断建成,对车一地之间可靠、完整的信息传输提出了更高的要求。应答器提供点式车一地之间的信息传输,是CTCS系统的重要设备,为铁路的安全运输提供保障。应答器传输模块（BTM）在高速条件下传输与接受的性能测试,是应答器系统国产化应用的关键。BTM硬件在回路仿真系统模拟真实的BTM硬件模块运营环境,进行BTM硬件的实验室自动测试与管理。对测试系统的所有测试案例及测试步骤,使用xml进行描述,并基于虚拟仪器Lab．windows／CVI的开发平台,实现对测试案例的管理。     

空间环境介质对应答器“A”接口性能的影响研究

针对应答器易受周围复杂空间电磁环境影响的问题,研究铁路现场各类损耗介质、无金属区内金属介质对应答器系统的射频场"A4"接口和上行链路场"A1"接口的影响。基于应答器系统简化电路对精简参考环和BTM天线建立FEKO模型,根据实测数据对模型的适用性进行验证,仿真各类损耗介质下电磁波的穿透特性和金属介质下电磁波的分布特征。基于该特性特征和真实应答器的输入输出特性(IO),得到了各类损耗介质和金属介质影响下应答器和BTM天线的有效作用范围。研究结果表明各类损耗介质不能超过其特定厚度,无金属区内的良导体最大横截面不能超过300mm×300mm。无砟道床钢筋网的绝缘节破损会大幅降低"A"接口的传输性能。     

考虑列车运行速度的应答器传输系统可靠性评估

为定量评估应答器传输系统的可靠性,分析列车运行速度对系统可靠性评估的影响,提出基于马尔可夫过程的可靠性评估方法。将应答器传输模块BTM报文层不能正确译码的概率作为系统可靠性评估的指标,采用鱼骨图法将影响系统可靠性评估的因素分为动态因素与静态因素,分析列车运行速度对BTM接收报文比特数及误比特率的影响,并对可靠性评估方法进行仿真验证。结果表明:列车运行速度主要通过影响BTM接收报文比特数来影响系统的可靠性;当BTM接收报文为应答器安全报文长度的整数倍时,BTM报文层不能正确译码的概率存在拐点;拐点的变化率随着整数倍数的增大而减小,随着BTM接收报文误比特率的减小而增大。     

基于电磁感应动态模型的欧标应答器系统定位研究

采用欧标应答器系统获得的列车绝对位置存在不确定性，不确定性的增加会降低列车的停车精度。通过分析欧标应答器位置修正系统的构成及内部信息流，发现欧标应答器系统有效电磁作用时间误差和速度测量误差对其获得的绝对位置不确定性有较大影响。针对有效电磁作用时间问题，采用四边形模拟应答器发送天线、八边形模拟应答器传输模块接收天线建立应答器系统的磁通量分布模型，并引入磁通量随列车运动的变化，得到磁场感应电动势的动态速度模型（电磁感应动态模型）。基于该模型分析动生电动势、感生电动势与电磁作用距离的关系及干扰、旁瓣对电磁作用距离的影响；通过分析现场实测列车定位数据的电磁感应有效区域数值分布，验证电磁感应动态模型计算数据与实测数据的相符性。结果表明：支持向量机SVM从基于电磁感应动态模型标记的现场实测训练数据中学习得到的应答器位置修正异常分类模型可以实时对列车应答器位置修正做出评估，对于偶然性干扰或旁瓣等导致的异常修正可以给出报警；基于电磁感应动态模型对实测电磁作用时间数据进行修正后，可降低时间数据带来的相对平均误差达47.7%，从而获得更为精确的列车绝对位置，提高列车停车精度。     

基于列控车载BTM设备的应答器误码处理研究

分析应答器传输系统的信号特点,搭建FSK信号解调的Simulink等仿真环境,结合应答器误码故障发生时列控车载BTM设备记录模块采集的数据,对应答器上行链路误码问题进行特征分析,得到信号的频谱、波形等特征,为现场的故障排查提供分析方法,对设备的优化提供指导。     

基于LabVIEW的应答器I/O特性异物测试研究

基于LabVIEW搭建应答器功能与性能自动测试平台,按照铁道行业标准应答器传输系统测试规范要求,通过定制测试工装,实现清水、盐水、铁矿石、金属物等异物环境下的应答器输入输出(I/O)特性测试,为在室外复杂环境条件下工作的应答器设备的芯片选型、故障分析等测试研究工作提供测试条件.     

基于改进CUOWGA算子-Sharpley值的应答器传输系统风险评价方法

应答器传输系统是列车运行控制系统中重要的地-车信息传输子系统。为降低应答器传输系统传统风险评价中专家决策的主观性,并考虑风险事件间的相关性,提出一种基于改进的CUOWGA算子与Sharpley值的应答器传输系统风险模糊综合评价方法。首先建立系统功能分层模型,运用HAZOP辨识系统潜在的风险事件及其影响,构建系统风险评价因素集和评判集,再利用CUOWGA算子对专家评价数据进行集结,利用Sharpley值计算多风险相关下的评价因素权重值,最后通过综合评价得到应答器传输系统的风险等级。结果表明,应答器传输系统的风险等级为"可容许的",其中BTM及天线功能失效对系统安全影响最大。该结果与现场使用情况相符,验证本评价方法有效。     

引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案适应性研究

随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明：卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。