光缆线路定位关键技术研究

光缆线路定位是进行光缆线路施工、安装以及维护的一项重要工作,因此对光缆线路定位的关键技术进行研究具有重要意义。目前主要采用的是基于菲涅尔反射的OTDR定位方法。本文根据Sagnac干涉原理,以光纤传感理论作为基础,同时结合相应的光相位调制解调技术,提出一种新的光缆线路定位方法,可有效实现光缆线路的定位检测。本文主要介绍该方法的检测原理及系统构成,对干扰信号引起的光信号的相位变化进行理论分析,分析该方法的定位原理并进行仿真。在理论分析的基础上搭建相应的实验测试平台,验证该方法的可行性。实验结果表明,该方法能够较准确地对干扰信号的位置进行定位。     

M-Z干涉型传感技术在光缆定位方法中的应用

光缆线路定位是铁路工程进行光缆线路施工、安装和检修的一项主要前提工作,研究光缆线路的定位方法具有重要意义。目前铁路上主要采用的定位方法有基于Sagnac干涉原理的双纤定位方法和基于菲涅耳反射原理的OTDR定位方法。本文提出的光缆线路定位方法以M-Z干涉型光纤传感技术为理论基础,通过分析外界振动源引起的相位变化,对该相位信号进行解调。利用傅里叶变换过程获得振动源信号位置与频谱图中第一零频点之间的关系,通过分析第一零频点,确定光缆线路上的振动源信号位置,实现结构简单、性能较好的光缆线路定位。试验结果显示,该定位系统能够以不超过42m的误差对振动源进行定位。     

一种高灵敏度的光纤Sagnac干涉型声音传感技术研究

针对传统的声电型声音传感系统抗电磁干扰能力弱﹑易腐蚀﹑易失真等问题,本文构建一种基于Sagnac的干涉型光纤声音传感技术方案,以Sagnac干涉型声音传感原理为基础,提出使用普通光纤绕制感应线圈,利用声压作用于感应线圈产生的光弹效应实现对光相位的调制。通过理论推导,得到了外界振动信号与传感光纤输出光强度间的关系,仿真及测试表明,基于感应线圈的光纤Sagnac干涉型声音传感系统使得系统的灵敏度得以提高,光电探测器最低接收光功率达到-40dBm,能够将外界声音信息准确恢复,可实现对复杂环境下声音信号的监测。     

基于Sagnac环光缆识别系统的开发

基于Sagnac干涉环的基本原理,研究光缆识别系统。根据该系统探测距离、灵敏度、信噪比等指标,设计了光缆识别系统的激光发射模块(LD模块)、探测接收模块(PD模块)、FPGA信号处理模块。实验表明,LD模块的出光功率范围可达0~10mW,PD模块的光接收动态范围可达40dB。该系统在实际光缆识别过程中得到了良好的验证,本文重点介绍激光发射模块与探测接收模块。     

基于FBG的悬挂式单轨列车位置检测方法研究

提出了一种采用光纤光栅传感技术实现悬挂式单轨列车位置检测的方法和系统。在室外轨道区段分界处设置一套光纤光栅传感器,并将其安装在列车车轮走行的轨道梁底板上;室内调制解调仪内置信号发送器,通过光缆将光信号发送给光纤光栅传感器。列车车轮作用在轨道梁底板所产生的应变导致光纤布拉格光栅出现波长漂移,调制解调仪通过光纤布拉格光栅波长的变化,计算出轨道梁产生应变的大小,并将解调数据(应变信号)发送给信号处理主机。信号处理主机根据解调数据的突变点,识别悬挂式单轨列车的运行位置。该系统除了可以识别列车所在轨道区段的占用状态以外,还可通过对列车轮对数的统计,实现列车完整性检测。     

基于DFB光纤激光拍频解调的高分辨率声发射检测技术

提出了一种结构简单的基于分布式反馈(DFB)光纤激光器的拍频解调系统,该解调系统的应变分辨率可以达到6.4×10~(-3)με,动态范围可以达到400 MHz。提出的基于DFB光纤激光拍频解调技术的应变分辨率高于基于匹配光栅、线性滤波器和阵列波导光栅滤波器波长解调技术。动态范围大于基于可调谐激光器的相移光纤布拉格光栅强度解调技术和基于光纤干涉仪的光纤激光相位解调技术。整个系统的2个激光相互拍频得到拍频信号,通过基于虚拟仪器的信号采集处理系统进行处理。由高采样率的数据采集卡采集数据,通过基于LabVIEW的软件系统进行信号分析,得到拍频信号的频谱图。由频谱图得到拍频信号的带宽,再根据波长与频率的关系,DFB光纤激光器的灵敏度得到解调系统的应变分辨率。根据NI数据采集卡的采样率得到解调系统的动态范围。采用短时傅里叶变换法的时频分析方法提高应变分辨率。提出的DFB光纤激光拍频解调的声发射检测技术能够以较高的应变分辨率实现对由磨损或断裂等故障引起的高频声发射信号的检测。     

新型无线感应系统的二进制幅度调制解调分析

列车等车体与地面的通信可以通过毫米波或泄漏同轴电缆或铁轨实现,作者提出来的新型无线感应技术也能实现车体与地面的通信。本文首先介绍了新型无线感应技术,然后研究了它的数字载波通信二进制幅度2ASK调制及相干解调;其次,仿照恒包络调制解调的方法,对于新型无线感应系统研究出了一种新型解调方法———绝对值积分非相干解调并进行了仿真,给出了误比特率表达式且与恒包络2ASK相干解调的误比特率进行了比较。研究表明,新型无线感应系统用在2ASK的调制解调中是完全可行的。     

单频GPS进行高精度线路测量和有轨车辆定位的有效方法

轨道线路测量和有轨车辆的定位常采用GPS定位技术。利用GPS单频接收机实现高精度快速定位的关键是提高GPS单频相位模糊度解算的效率和成功率。基于轨道线路垂直方向变化不大和有轨车辆沿一定线路行驶的特点,提出一种有效的单频相位模糊度解算方法。对GPS单频接收机提供的定位观测值进行粗差探测、修正和剔除等数据预处理,用低噪声和低多路径效应的载波相位观测值对码伪距观测值进行平滑处理,再用附加约束的方法估计双差模糊度实数解,以此为基础进行模糊度搜索固定。算例显示,该方法可提高模糊度实数解估计的精度和可靠性,缩小模糊度的搜索空间,使模糊度解算效率和成功率得到提高,有利于单频GPS接收机在高精度的线路测量和有轨车辆的定位中得到更广泛的应用。     

新型无线感应技术在模拟载波通信中的应用

与传统的感应无线技术相比,新型无线感应技术具有更好的抗干扰能力且减少了一根传输线,应用于机车,特别是磁浮列车的自动驾驶中,可以满足列车自动化驾驶中通信定位测速的需求。为此对新型无线感应技术在模拟通信中的应用进行分析。以单频模拟信号为调制信号,对连续正(余)弦载波进行调幅、调相和调频等调制,得到AM,DSB,SSB,窄带调频,窄带调相等已调信号通过新型无线感应系统时的不同解调新方法,并对新型无线感应系统的AM,DSB,SSB,窄带调频,窄带调相等调制解调进行仿真。结果表明:新型无线感应技术可以应用于模拟载波通信中恢复原始信号。     

一种基于LabView的光纤传感检测系统

介绍了光纤光栅激光传感器的传感机理和信号的解调算法,设计并实现了一种基于LabView光纤传感检测系统。实验得出该传感检测系统成功解调传感器被测信号,系统噪声达10-6pm/Hz(1/2),动态范围达到了120dB@100Hz,线性度达到了0.9999。结果表明:该检测系统性能可靠,可对光纤光栅传感器信号进行实时的解调。     

基于分布式光纤的电气化铁路27.5 kV智能电缆研究

随着我国高速铁路快速发展,27.5 kV高压电缆应用日益增多,实现电缆全路径在线监测和故障判断及精准定位非常重要。本文对27.5 kV高压电缆的应用及故障特点进行分析,对主要电缆监测技术进行对比研究,提出了基于分布式光纤的27.5 kV智能电缆。该智能电缆可以通过其本体进行电缆全路径在线监测,具有测量精度高、故障定位准等特点,可提高供电可靠性,提升运营维护效率。     

基于北斗卫星载波相位平滑伪距的列车定位方法

随着我国北斗卫星导航系统的建设,北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力。列车在铁路线上存在轨道占用区分的需求,北斗民用伪距定位对并行股道占用情况难以精确定位识别。采用北斗实时载波相位定位精度高,但需近距离基准站的差分信号和模糊度解算,不利于大范围内的实时应用。因此,本文结合北斗卫星伪距的无模糊度和载波相位的高精度特点,提出一种基于北斗载波相位平滑伪距的列车定位方法。该方法首先利用北斗组合相位伪距法探测与修复载波数据周跳,并采用修复后的载波相位数据平滑伪距。文中推导北斗载波相位平滑伪距的原理,分析不同平滑方法的特性和对应的噪声检验公式。采用实测数据计算两种平滑方式得到的结果表明:本文提出的方法能够有效快速探测与修复周跳,平滑伪距精度优于0.2m,满足北斗导航系统在铁路列车定位中的精度要求。     

基于双向应变匹配解调的光纤光栅轨道传感技术研究

轨道应变的准确监测对列车计轴、测重、定位和安全状态感知等具有重要的意义。本文基于光纤布拉格光栅(FBG)双向应变匹配解调方法,提出一套改进的轨道应变传感方案。该方案有效地解决了光纤光栅应变与环境温度交叉敏感的问题,与传统的匹配光栅解调方法相比具有更高的灵敏度,同时可以减小钢轨本身热胀冷缩等因素对测量的影响。在不同的环境温度和静态载荷下进行光纤光栅应变测量对比实验,利用电阻应变计进行模型实验,通过动态加载实验检验系统对动态应变的监测效果。实验数据表明,本方案适用于瞬态及静态钢轨应变的准确测量,具有较高的稳定性和灵敏度。     

一种基于MATLAB的MSK软件解调方法

介绍数字调制信号的发展过程和MSK的调制解调原理，提出了一种基于MALTAB的MSK解调方法，并进行了仿真实验，实验结果证明了该方法的有效性。     

调制,解调技术在机车重联控制中的运用

国内新型电力机车重联控制中普遍采用了一种先进的ＰＷＭ调制、解调技术进行司机给定指令值的传递，本文阐述了该电路的特点及工作原理。     

铁路车流分配的树状径路优化模型及算法

铁路网车流分配需要解决的关键问题是如何确定车流路径,而同一终点的车流具有合而不分的特点,即呈现"树状结构"径路。以多商品网络流理论为基础,构建铁路网车流分配与树状径路综合问题的混合整数规划模型,优化结果可得到铁路网中流量分布情况及符合"树状结构"的车流走行路径。设计拉格朗日松弛算法求解模型,通过松弛掉模型中弧段能力约束进而将原问题分解为求解多个单支车流分配子问题,采用传统次梯度优化算法求解对偶问题;上界计算方面设计基于车流排序的可行解求解方法。算例表明:该算法可有效求解模型,实现车流径路"树状结构"要求;求解效果和计算空间方面优于商业软件ILOG CPLEX。     

光通信网络关键技术及其发展趋势

文章讨论了现代光通信系统中关键技术,特别是数字信号处理(DSP)技术在其中的应用,主要针对光纤通信系统中不同的干扰与损伤效应以及先进的DSP信号调制与补偿方法进行分析讨论;介绍了一种用于光纤通信系统的新型DSP调制技术——正交啁啾复用(OCDM)技术。由于OCDM具有优良的抗干扰能力并可以有效地利用简单的单抽头频域均衡器,相比于其他系统,基于OCDM的光纤通信系统表现出优良的传输性能并保持类似的系统复杂度。文章展示了该OCDM技术分别应用在基于相干光系统的长距传输与基于光强调制直接检测系统的短距传输的研究进展,以及在相应条件下与正交频分复用技术(OFDM)的实验对比。     

光纤光栅压力传感器在斜拉索索力监测中的应用研究

提出了一种新颖的基于光纤Bragg光栅的斜拉桥索力实时监测方法。随着外界应力的变化，光纤光栅的Bragg中心反射波长将发生相应的移动。利用此特性，通过对波长移动量（△γb)的解调，就可以测出索力的大小。实验结果与理论分析证明，该测试系统具有结构简单，测量范围大，稳定性和线性度好，代和信噪比高，对测试人员没有特殊要求等特点，该测量方法用于索力监测是可行的，有效的。     

低信噪比码元瞬时特性数字调制信号识别研究

数字调制信号具有瞬时特性以及易受噪声干扰的特点.在各瞬时特性的提取中,瞬时相位的提取一直被认为难度较大.本文提出一种瞬时相位提取方法,能更真实反映调制信号的相位特性.在此基础上得到5个基于码元瞬时特性的特征参数,并对6种数字调制信号进行了识别.仿真结果表明该识别算法在信噪比大于等于3dB时对信号的理论识别率可达100％,从而在一定程度上减小了噪声对数字调制信号识别的影响.     

高速铁路光纤护栏系统的应用研究

论述铁路安全防护现状和光纤传感技术特点,对光纤护栏系统的目标、组成、原理、功能和安装关键技术进行研究。以光纤传感器为基础,分析基于光纤振动传感器的高速铁路光纤护栏系统。光纤护栏系统利用报警子系统、视频复核子系统、声光震慑子系统,以及光纤振动产生的光相位变化及光干涉信号,触发其平台产生报警,从而保证高速铁路行车安全。