车载BTM天线电磁干扰耦合规律研究

在地面应答器与车载BTM天线进行信号传输的过程中,车载设备很容易受到电磁干扰,其中以瞬态脉冲干扰最为频繁也最为严重,开展车载BTM天线的电磁干扰耦合规律研究,掌握其干扰耦合特性,对于保障列车信号正常传输具有重要意义。本文首先从应答器系统的工作原理与传输特性出发,对车载BTM天线进行仿真建模分析;针对典型脉冲干扰信号进行时域、频域以及能量分布分析;基于建立的车载BTM天线模型,仿真计算了车载BTM天线端口耦合电流在不同类型、不同极化角度、不同入射角度干扰信号影响下的大小。研究表明,在水平极化脉冲信号干扰下,其对车载BTM天线造成的电磁干扰影响远大于垂直极化,且当其入射方向与车载BTM天线主瓣方向一致时,对车载BTM天线的影响最大。     

加装屏蔽板后应答器传输模块天线性能的研究

为了保护应答器传输模块(BTM)天线不被线路上扬起的道砟损伤,以及尽量减少车底复杂电磁环境对BTM天线的干扰,在BTM天线四周加装钢材质的屏蔽板。通过仿真计算,分析屏蔽板取不同高度、距BTM天线不同水平距离时BTM天线的回波损耗以及与频率的关系,确定屏蔽板的高度为150mm,距BTM天线的水平距离为100mm。基于毕奥-萨伐定理计算BTM天线的磁场强度,并仿真BTM天线磁场强度的分布以及对干扰信号的衰减。结果表明:加装屏蔽板后,不仅没有影响BTM天线的信号传输性能,还在一定程度上增加了天线的有效通信范围和对干扰信号的衰减,提高了接收信号的信干噪比,从而降低了误码率。对BTM天线加装屏蔽板的实车试运行结果也表明:所设计加装的屏蔽板,既能保护BTM天线,又能保证BTM天线正常的信号传输。     

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。     

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。     

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。     

隧道环境下无线信道特性分析

对隧道中电磁波传播特性进行研究是发展隧道环境下无线通信系统的基础。近年来,研究人员多关注于隧道环境下的电波传播特性,而较少考虑到车体对通信系统性能的影响。在车体的影响下,信号在穿越车体时会发生功率损耗,同时反射物的增加会使反射线增多,其对信号功率在车体内的分布、天线相关性、角度特征以及MIMO性能的影响还需要进一步研究。使用射线跟踪法,在隧道环境下引入车体模型,分析对比了有车和无车时的车体内功率分布与路径损耗,并从角度特征、天线相关性、特征值、容量等方面分析各类因素对MIMO性能的影响,为隧道环境下应用多天线技术提供参考依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高速铁路长大下坡道地段信号系统研究与应用

为了解决宝兰高铁隧道密集、连续长大下坡道引起的动车组限速问题,限速地段影响运行追踪间隔时分和轨道区段增多引起区间应答器报文溢出等问题,有必要对长大隧道密集地段连续长大坡道下信号系统的适应性问题进行研究。结合工程实践,通过理论计算和技术参数试验验证等方法,对连续长大下坡道动车组列车不限速场景下列车追踪间隔是否满足要求进行分析计算,对200C、200H、300S、300H和300T车载设备技术参数进行符合性验证,针对部分车载设备制动距离的情况,通过调整闭塞分区长度、优化列控车载设备参数和"加密"区间无源应答器布置等措施,有效解决了动车组限速和区间无源应答器组报文溢出问题,提高了行车效率,降低了维护成本。     

高速铁路平原场景无线信道小尺度衰落特征的研究

研究高速移动条件下无线信道特性是发展高铁新型通信系统的基础。本文基于标准信道探测仪Propsound在高速移动条件下平原场景的无线信道探测数据,分析此场景下的小尺度衰落特征。K因子在列车靠近接收天线时最大值为20dB,远离天线时取值为8dB～10dB;时间色散特性上,多径延时随着列车先靠近又远离接收天线而变化;区别于经典的Doppler功率谱,高速条件下无线信道在列车穿越基站的过程中呈现快速Doppler特性,并无Doppler扩展。     

基于等效阻抗模型的应答器下行链路传输性能评估方法研究

为监测和分析应答器传输系统下行链路传输性能,提出一种适用于铁路现场的基于等效阻抗模型的性能评估新方法。对应答器传输系统下行链路传输过程进行建模分析,给出下行链路传输过程等效阻抗模型,提出评估下行链路传输性能的阻抗测量与误差校正方法,引入六项统计参数对阻抗测量结果进行分析。测试结果表明,静态测试时车载天线输入阻抗的模与下行链路信号磁感应强度为增函数关系,而动态测试由于误差校正方式的改变,使得两者变为减函数关系;仿真结果表明,六项统计参数能够用于分析不同列车运行条件和环境下应答器传输系统下行链路传输性能的变化,验证了本文所提方法的正确性与可行性。     

RFID技术在列车高精度定位中的应用

在CBTC(基于通信的列车控制)系统中,列车定位的精确性是保证列车安全高效运行的前提,而基于RFID(radio frequency identification,无线射频识别)的列车定位技术,是提供高精度列车定位的技术条件。从电子标签、读写器、系统高层3方面对RFID技术工作原理进行阐述,并介绍基于不同设计标准的RFID铁路应答器的技术指标及工作原理;分析影响列车定位精度的列车位置不确定性产生的3种因素(测速误差、轮径误差和应答器校正误差),提出通过RFID铁路应答器消除列车位置不确定性,提高列车精确定位的方法,并通过实测数据,验证RFID技术高精度定位的可行性,即在不同行车速度下,RFID技术均能准确完成列车定位,RFID应答器响应时间均在0.2 s以内,实际定位误差均未超过测量值的2%,可以满足轨道交通中低速CBTC列车辅助定位的需求。     

高速移动环境大规模MIMO信道建模与性能分析

基于几何随机分布模型GBSM的信道建模方法,建立高速铁路系统中深沟堑场景下大规模MIMO的三维3D信道模型。模型中实际散射体等价为随机分布在接收端的虚拟圆柱体表面的等效散射体,使用虚拟的球体表征Massive MIMO的不平衡特性;分析信道统计特性中的时空特性,得出空时相关函数STCF的闭式表达式。通过对STCF进行傅里叶变换得到相应的多普勒频谱密度。仿真表明,闭式表达式正确,3D模型比2D模型更好地反映了实际的电磁波传播场景,影响STCF绝对值的主要是移动台天线阵列的仰角,基站侧天线阵列仰角的改变几乎不影响STCF绝对值。     

基于LSTM动态波束赋形的高速列车越区切换算法

高速列车越区切换参数具有较强的时空相关性，以及无线信号在不同线路地形下具有衰落差异性，这都对高性能的越区切换提出了新的挑战，针对这一问题，设计一种基于长短期记忆网络动态波束赋形的高速列车越区切换算法。提出基于LTE-R中继通信模型的高铁典型运行场景中波束无遮挡传输的基站天线高度设置规律，通过估计发射波束主瓣方向并利用参考信号接收功率序列的时间相关特性，提出eNB重叠区内天线波束增益需求预测模型；同时采用增加波束预留角策略实现联合约束条件下的高速列车越区切换。结合高速铁路典型运行场景(路堑、高架桥)的路径损耗预测模型仿真评估了算法性能。结果表明，所提算法以略微牺牲越区切换时延为代价提高了越区切换成功率，能够有效避免高速列车越区切换引起的通信中断问题。     

并联介质加载环天线的脉冲辐射特性研究

介绍一种由环天线和介质块并联组成的小型化方向性脉冲天线,分析环天线的辐射机理,应用时域有限差分(FDTD)方法和完全匹配层(PML)技术对天线的辐射特性进行了研究。研究结果表明,该天线具有良好的方向性,辐射脉冲保形性较好,选择合适加载的情况下,连接50Ω的馈线,电压驻波系数小于3时,天线的阻抗带宽达到2.8 GHz(从2.8 GHz到5.6 GHz),其相对带宽为66.7%。该天线具有轮廓低、扁平化的特点,并且容易集成到系统中,可用于无载波超宽带无线数据通信系统。     

Vossloh300型扣件胶垫刚度频变特性对高铁高频振动的影响

以Vossloh300型扣件胶垫为研究对象,利用配备温度箱的万能试验机得到其在20?℃下的静刚度值。基于Timoshenko梁理论建立车辆-轨道垂向耦合系统随机振动分析模型,探究该型扣件胶垫频变刚度在不同频段内对轮轨系统随机振动频域特征的影响规律。实验结果为:Vossloh300型扣件胶垫静刚度在3~5?Hz激振条件下的测试值为22.4?k N/mm。仿真分析表明:Vossloh300型扣件胶垫刚度频变特性对CRH380型高速动车组轮轨系统高频振动影响较小,但对其1/3倍频中心频率为40~100?Hz影响较大,扣件力最大增幅达30.98%,并且使轨道结构振动增加2?dB。因此,在进行轮轨系统振动分析时,应考虑扣件胶垫刚度的频变特性。     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.