应答器传输模块带内干扰信号防护研究

阐述SUBSET-036应答器传输系统技术规范V3.0.0和V3.1.0版本对BTM带内抗干扰性能的测试要求；采集并分析动车组动态运行试验中BTM接收到的带内干扰信号；通过综合比较不同信号解调算法对BTM设备译码质量和抗干扰性能的影响，提出通过优化信号解调算法提高BTM带内抗干扰性能，以及采用天线屏蔽、电缆屏蔽等物理措施尽量减小干扰信号的强度。     

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。     

冗余BTM天线最小安装距离研究

针对加载冗余车载设备时列车底部安装空间有限的问题,分别对冷备、热备冗余天线与应答器传输模块BTM天线间的最小安装距离进行研究。利用FEKO软件建立单个BTM天线、安装冷备冗余BTM天线、安装热备冗余BTM天线3种模型。研究冷备、热备冗余天线在不同安装距离条件时BTM天线的有效作用范围,找出冗余天线对BTM天线有效作用范围产生影响的临界点,即冷备、热备冗余BTM天线的最小安装距离。研究结果表明,冷备冗余天线的最小安装距离为1.12m,热备冗余天线的最小安装距离为3m。冗余BTM天线最小安装距离研究压缩了冗余车载设备在列车底部的占用空间,提高了其在机车上安装的灵活性。     

金属对中低速磁浮BTM天线谐振频率影响

应答器传输系统（BaliseTransmissionModule,BTM）用于实现车-地之间的信息交互,与列车的安全运行息息相关。利用三维电磁仿真软件对磁悬浮BTM车载天线进行精细化建模,并对天线周围的金属物质对其谐振频率产生的偏移影响进行仿真分析,最后根据磁悬浮的BTM车载天线的S11参数的实际测试结果,验证仿真模型与仿真结果的有效性。相关研究为现场设备的维护和系统的后续优化研发提供参考。     

新型BTM天线吊架设计与应用

介绍了新型BTM天线吊架的设计原则及功能。通过与安装在转向架上的天线吊架进行对比,得出安装在车体底架隔墙上的新型BTM天线吊架的优点,并通过相关有限元仿真计算分析及模拟冲击振动试验来验证天线吊架的静强度和耐疲劳性能,以确保天线吊架设计的安全性与可靠性,进而达到提高BTM天线接收性能、保证高速动车组运行安全的目的。     

应答器传输模块的动态特性及高速条件下的适用性评价

分析应答器传输模块(BTM)的动态特性,辨析与BTM动态特性相关的基本概念,包括静态作用距离、动态作用距离、最小允许作用距离、BTM的接收能力等,建立这些概念的数学表达式。给出了与BTM动态特性相关的关键参数计算方法以及BTM设备动态特性的测试方法。提出BTM在高速条件下的适用性评价步骤是:明确线路环境、机车环境和设备安装等外部约束条件,确定BTM设备的可用性需求,计算BTM的最小允许作用距离和最小允许作用时间、BTM的动态接收能力和动态处理能力等指标;对拟用BTM设备通过测试采集相关技术指标;将采集的指标与计算的指标进行比较,评价拟用BTM设备的适用性。通过此评价方法实现了对BTM动态特性及高速适用性的定量评价。     

应答器传输单元关键解调技术研究

应答器传输单元（BTM）是车载设备的关键设备之一,用于解调地面应答器发送的应答器报文。对天线在恶劣工作环境下接收的FSK信号进行解调,FSK信号解调处理的精度和可靠性是保证BTM安全可靠运行的基础。在大量调研相关文献的基础上,给出了正交解调的解析原理,并提出了一种基于此解析原理的抗干扰的正交解调方法。仿真实验结果表明该方法具有较好的抗干扰效果。     

应答器传输模块抗干扰性量化及自动测试研究

为准确检测应答器传输模块(BTM)设备受外界干扰时的译码能力并提高整机测试的效率,使用虚拟仪器技术搭建BTM自动化测试平台,在进行BTM设备自动测试的同时增加抗干扰门限值的测定。利用自动测试平台分别将单频、调幅及高斯白噪声等多种类型的干扰信号自动与报文信号进行混合,按测试序列调整频偏及信号速率和信号功率,并能够实现通信环境模拟、测试结果自动判断等。研究结果表明,通过上述方法可以自动判断干扰信号对报文正常接收的影响程度,并可绘制BTM抗干扰性能门限图,将测试结果可视化呈现。该研究将为制定设备可靠性指标提供量化依据,为设备性能改进提供技术支撑。     

动车组BTM天线灵敏度测量装置

BTM天线是动车组列控车载设备接收应答器信息的核心设备,其感应灵敏度直接影响行车安全。针对目前检修维护时存在测量精度低、安全性差、劳动效率不高等问题,研发了一款以STM32F407单片机为主控芯片的BTM天线灵敏度测量装置,将激光测距传感器测量的距离数据通过远距离无线电LORA进行传输,并开发了适用于Android、Windows等平台的上位机软件,能够满足作业人员在不同场景下获取数据的需要。该装置实现了BTM天线灵敏度的远程高精度测量,可以有效保障作业安全,提高作业效率。     

某地铁车辆辅助逆变器与信号BTM天线电磁干扰分析及改进

针对地铁列车BTM天线受车辆电气设备的电磁干扰，影响车地无线定位信号的传输效率和质量，进而影响列车正常运行的问题，文章从干扰频率、干扰源和干扰路径等方面进行了分析，从消除干扰路径、增强BTM天线抗干扰能力、消除干扰源等方面提出了改进措施，并对改进措施进行了现场测试和分析。结果表明，在辅助逆变器箱体内的DC 1 500 V负线和箱体间增加0.5μF电容，并将接地电阻移至接地回流线靠近BTM天线处能够有效降低车辆的电磁干扰对BTM天线的影响，保证列车正常运行。上述问题的解决可为后续地铁线路的车载BTM天线电磁干扰提供有效的解决思路，并为后续同类设计方案提供参考。     

铁路信号电缆屏蔽及接地方式的研究分析

随着高速铁路的快速发展以及电子化信号设备的广泛应用,铁路现场频繁出现牵引供电系统对信号设备的干扰。然而,对于不同接地方法对屏蔽电缆串扰的影响,一直缺乏系统的理论研究。本文首先对敏感电路以及屏蔽层不同接地方式对屏蔽电缆串扰的影响进行理论分析。然后基于电磁拓扑理论,建立电缆串扰问题的BLT方程,测试并仿真计算不同屏蔽、接地方式下屏蔽电缆串扰的大小。测试结果验证了仿真模型的有效性。最后对采用新型双层屏蔽结构电缆的串扰进行仿真计算。计算结果验证了该结构的有效性。     

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。     

BTM功放输出实时检测模块的设计与实现

基于现场应答器传输单元故障检测需求,为实现对功放输出异常、电缆短路、电缆断路、运行正常4种不同状态的检测,在现有BTM功放单元上研发检测模块。根据传输线理论和矢量网络法,采用定向耦合器提取功放输出信号耦合电压和反射电压,经计算获得不同特征状态判定参数;获取实验室和现场不同测量条件下不同特征状态的参数分布范围,采用阻抗作为判定参数时,因特征状态参数区间存在部分重叠,以不误报、不漏报为原则,最终选取耦合电压和反射电压作为判定参数。经过多次动态测试验证,该模块可为现场BTM设备功放输出状态的实时检测提供可靠依据,提高BTM设备故障排查自动化水平和效率。     

某地铁车辆空调送风道出风性能仿真优化及分析

运用计算流体力学方法,通过仿真模型对某地铁车辆送风道出风均匀性进行检验与优化,得出在较小风道阻力下较为合理的静压挡板高度、位置及尺寸.研究发现,添加不同形式的挡风板可改变风道送风前端出风量,进而优化出风均匀性.主风道模型的阻力调节板高度为90 mm且距出风口边缘30 mm时,出风均匀性较好;扁风道模型的开孔挡板高度40 mm且距出风口边缘15 mm;考虑到扁风道末端渐缩段的影响,添加了 3块高度分别为40 mm、30 mm、20 mm的末端挡板,可改善出风口出风量中部位置小、末端大的状况,使扁风道出风口的出风量趋于均匀.     

机车感应电台运用中的问题探讨

在 DJ 型交直交电力机车上安装400kHz 感应电台后,电台运用不良。原因在于 DJ 型电力机车受电弓对接触网上的传输信号有旁路作用,同时机车的高压供电回路产生的交流谐波分量很多,因而产生较大的干扰信号,对感应电台产生的有用信号有较强的干扰所致。经改造,在供电回路加装400kHz 信号阻波器后,电台使用正常。     

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。     

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。     

基于有限元与传输线的JTC和TCR信号传输过程的建模与仿真

本文针对有限元和传输线理论各自的特点,提出一种将传输线与有限元相结合的JTC(Jointless TrackCircuit)和TCR(Track Circuit Reader)信号传输过程的建模仿真方法。该方法利用有限元分别建立轨道电路和TCR天线模型,以此确定JTC对TCR天线的有效作用范围。在其有效范围内利用有限元对JTC和TCR天线间的电磁感应过程进行建模,而在有效范围外由传输线负责对JTC信号在钢轨中的传输过程进行建模。采用此联合建模策略实现对JTC和TCR间信息传输过程的仿真。实验表明,该方法具有建模准确、仿真精度较高、计算时间较短等优点。     

基于电磁感应原理的应答器系统旁瓣成因分析及应用

广泛应用于CTCS-2与CTCS-3的应答器系统在车地信息传输过程中产生的感应电压幅值包络由于存在旁瓣结构,在算法设计时需要设置阈值区分旁瓣与主瓣,避免发生将包络中的多瓣结构识别为多个应答器等故障,还需在安装与维护过程中适当降低安装高度,防止信号衰减到无法识别。针对旁瓣问题,通过建立双线圈电磁感应耦合模型,对列车运行过程中应答器系统电磁耦合的感应电压进行计算,并结合天线的结构分解电磁信号耦合中的磁感应强度,分析天线各部分产生的磁感应强度垂直分量及其在接收天线中形成的感应电压,得出天线垂直于钢轨铺设方向的横向对边和平行于钢轨铺设方向的纵向对边的感应电压瞬时方向相反,且对应的幅值不平衡,产生的激励会导致包络出现旁瓣。通过有限元仿真设计一种调整空间磁场分布以实现削弱旁瓣包络的新型激励天线,并与现有天线的感应电压包络进行对比验证。     

CTCS3-300T列控车载BTM故障分析

应答器传输模块(BTM)是CTCS3-300T车载应答器传输系统的重要组成部分,实现从地面应答器接收数据报文并译码解析后传送给车载安全计算机的功能。然而频繁的BTM故障常常使运营列车触发制动甚至紧急停车,给铁路运营带来极大的影响。发生BTM故障的原因复杂,可能是因为BTM自身错误导致,也有可能是因为应答器传输系统中其他相关设备引起。通过研究BTM与应答器传输系统中其他设备的关联,以及BTM的工作过程来分析常见故障,并给出合理的解决措施,对减少BTM故障给铁路运营带来的不利影响,具有重要的指导意义。