高速鐵路應答器綜合檢測系統的製作方法
2023-05-24 03:18:51
專利名稱：高速鐵路應答器綜合檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鐵路設備檢測領域，尤其涉及ー種高速鐵路應答器綜合檢測系統。
背景技術：
自2005年起中國開始引進歐標應答器系統設備，目前在國內鉄路已經達到了大量運用。歐標應答器系統設備由地面設備和車載設備組成，地面設備包括應答器和LEU(地面電子單元)，車載設備包括應答器傳輸模塊(BTM)和天線。
·[0003]應答器系統是ー種採用電磁感應原理構成的高速點式數據傳輸設備，用於在特定地點實現地面與列車的相互通信，由應答器向列控車載設備提供可靠的地面固定信息和可變信息。安裝於兩根鋼軌中心枕木上的地面應答器不要求外加電源，平時處於休眠狀態，僅靠瞬時接收車載天線的功率而工作，並能在接收到車載天線功率的同時向車載天線發送已存儲的報文數據。BTM天線將接收來自地面應答器的信息發送給BTM，解碼器對該信息進行濾波、數字解調等相關處理，並將處理好的數據通過相應的接ロ在約定的接ロ協議下傳送至相關的設備，如ATP設備、顯示設備或無線設備等。由於目前投入使用的高速鉄路的車速較高(一般時速不小於350公裡)，而現有用於普通列車的應答器檢測系統，無法在高速鉄路車速較快的環境下，及時準確的對應答器狀態進行檢測，進而無法保證鐵路應答器系統的可靠性。
實用新型內容本實用新型實施方式提供ー種高速鐵路應答器綜合檢測系統，可以解決目前用於普通列車的應答器檢測系統無法適用於高速鐵路環境，不能對高速鉄路上的應答器狀態進行準確檢測，從而無法保證鐵路應答器系統可靠性的問題。為解決上述問題本實用新型提供的技術方案如下本實用新型實施方式提供ー種高速鐵路應答器綜合檢測系統，包括BTM主機，與BTM主機通信連接的BTM天線和ATP，該系統還包括高速數據採集裝置，與BTM主機通信連接；以及檢測分析處理裝置，與所述高速數據採集裝置通信連接；其中，所述高速數據採集裝置包括阻抗匹配濾波器、自動增益模塊、數模轉換模塊、主控制器、存儲器組和信號幅度控制模塊； 所述阻抗匹配濾波器的輸入端ロ，與所述BTM主機通信連接，接收所述BTM主機傳送的應答器信號，阻抗匹配濾波器的輸出端ロ經自動増益模塊與所述數模轉換模塊連接；所述數模轉換模塊與所述主控制器連接；所述主控制器與所述存儲器組連接，所述主控制器上設有經所述信號幅度控制模塊回接至所述自動増益模塊的反饋接ロ，所述主控制器上設有連接所述檢測分析處理裝置的傳輸接ロ；所述檢測分析處理裝置包括分析處理單元和與其連接的顯示器；其中，分析處理單元用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據進行分析處理，並將分析處理後得出的結果輸出至顯示器進行顯示。由上述提供的技術方案可以看出，本實用新型實施方式提供的應答器綜合檢測系統，通過設置高速數據採集裝置與檢測分析處理裝置配合，在列車高速運行條件下由高速數據採集裝置完成對應答器信號的高速採集，通過檢測分析處理裝置完成對高速數據採集裝置採集並處理後的應答器信號進行分析處理後，通過檢測分析處理裝置顯示應答器信號的波形、頻譜、詳細報文信息以及特性指標等內容，該檢測系統可以適用於時速不小於350km的聞速鐵路環境，對聞速列車的應答器系統進行準確檢測，保證了聞速鐵路應答器系統可靠的工作。
為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖I為本實用新型實施例提供的檢測系統的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的檢測系統的高速數據採集裝置與檢測分析處理裝置連接的結構框圖；圖3為本實用新型實施例提供的檢測系統的檢測分析處理裝置的結構框圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。下面對本實用新型實施例作進ー步地詳細描述。實施例本實施例提供ー種高速鐵路應答器綜合檢測系統，包括BTM主機(BTM，BaliseTransmission Module應答器傳輸模塊單元)(該BTM主機包括現有BTM主機中的各種電路部件，如通信板、解碼板、功放板、電源板等)，以及與BTM主機通信連接的BTM天線和ATP (ATP, Automatic Train Protection,列車自動保護裝置)，如圖I 3所示，該系統還包括高速數據採集裝置，與BTM主機通信連接；以及檢測分析處理裝置，與高速數據採集裝置通信連接；其中，高速數據採集裝置包括阻抗匹配濾波器、自動增益模塊、數模轉換模塊、主控制器、存儲器組和信號幅度控制模塊；其中，阻抗匹配濾波器的輸入端ロ與BTM主機通信連接，接收BTM主機傳送的應答器信號，阻抗匹配濾波器的輸出端ロ經自動増益模塊與數模轉換模塊連接；自動增益模塊的 輸出端以模擬信號幅度判決方式經信號幅度控制模塊回連至該自動增益模塊的反饋接ロ ；該自動增益模塊完成應答器信號幅度的調整，將輸入的應答器信號的幅度限制在一定範圍內；自動增益調整的依據在於數字方式和模擬方式的幅度檢測。數模轉換模塊與主控制器連接；主控制器與存儲器組連接，主控制器上設有經信號幅度控制模塊回接至自動增益模塊的反饋接ロ，主控制器上設有連接檢測分析處理裝置的傳輸接ロ ；檢測分析處理裝置包括分析處理單元和與該分析處理單元連接的顯示器；其中，分析處理單元用於對高速數據採集裝置的輸出數據進行分析處理，並將分析處理後得出的結果輸出至顯示器31進行顯示。上述檢測系統中，高速數據採集裝置接收BTM主機傳送的應答器信號，經阻抗匹配濾波器、自動增益模塊處理後輸出至數模轉換模塊，數模轉換模塊將應答器信號轉換為高速並行數位訊號，主控制器對數模轉換模塊轉換後輸出的高速並行數位訊號進行數字濾波，濾去幹擾信號；並將濾波後的信號通過傳輸接ロ傳輸至檢測分析處理裝置進行分析處理，從而根據分析處理後輸出的結果確定各應答器的狀態。因為採樣數據通常是突發的，採集應答器信號的採樣率比較高，傳輸速率通常低於採樣速率，因此上述檢測系統的高速數據採集裝置的主控制器與存儲器組連接，通過存儲器組進行緩存，解決傳輸速率通常低於採樣速率，導致影響輸出數據的問題。上述檢測系統的高速數據採集裝置中，主控制器如圖2所示，包括主控制模塊、濾波器模塊、FIF0(FIF0, First Input First Output,先入先出隊列)管理模塊、高速數據傳輸模塊和FSK(FSK，FrequenCy-shift keying，頻移鍵控調製)幅度檢測模塊；其中，濾波器模塊設有兩個輸入端、ー個輸出端和一個反饋接ロ，第一輸入端與所述數模轉換模塊連接，第二輸入端連接主控制模塊，輸出端經FIFO管理模塊與所述存儲器組連接，反饋接ロ與FSK幅度檢測模塊連接；主控制模塊設有四個輸出端和一個反饋接ロ，第一輸出端與濾波器模塊連接，第ニ輸出端經FIFO管理模塊與存儲器組連接，第三輸出端與存儲器組連接，第三輸出端與高速數據傳輸模塊連接，反饋接ロ與FSK幅度檢測模塊的第二輸出端連接；高速數據傳輸模塊設有兩個輸入端、兩個輸出接口和反饋接ロ，第一輸入端與主控制模塊連接，第二輸入端與存儲器組連接，反饋接ロ與FSK幅度檢測模塊的第二輸出端連接，第一輸出接ロ為串行傳輸接ロ，第二輸出接ロ為並行傳輸接ロ ；FSK幅度檢測模塊設有一個輸入端和兩個輸出端，輸入端與濾波器模塊的反饋接ロ連接，第一輸出端與所述信號幅度計算處理模塊連接，第二輸出端分別與主控制模塊和高速數據傳輸模塊連接。上述主控制器的串行傳輸接ロ包括但不限於光纖、乙太網、USB接ロ ；並行傳輸接ロ包括但不限於PCI接口和AGP接ロ。串行傳輸接口和並行傳輸接ロ也可以採用其它形式的高速數據傳輸接ロ，只要能實現對數據的高速串行或並行輸出即可。上述高速數據採集裝置中，構成主控制器的濾波器模塊、FIFO管理模塊、主控制模塊、高速數據傳輸模塊和FSK幅度檢測模塊均封裝在FPGA晶片中。上述檢測系統中，高速數據採集裝置採用電路插板結構，插裝在BTM主機的背板上，通過背板的總線與其它插裝在背板上的電路板通信連接。上述檢測系統中，檢測分析處理裝置的分析處理單元如圖3所示，包括報文解析處理模塊、報表處理模塊、虛擬示波器模塊、虛擬頻譜儀模塊、虛擬場強儀模塊和誤碼率分析儀模塊；其中，報文解析處理模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器報文進行解析；虛擬示波器模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器信號的波形輸出至所述顯示器進行顯示；虛擬頻譜儀模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器信號的功率譜分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯示；虛擬場強儀模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包括的應答器信號的場強進行分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯示；誤碼率分析儀模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包括的應答器信號的誤碼率進行分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯
/Jn o上述檢測系統中，檢測分析處理裝置的分析處理單元還包括報表處理模塊，與高速數據採集裝置連接，用於對分析處理後得出的結果進行匯總輸出。上述檢測系統中的高速數據信號採集裝置(可採用高速數據信號採集板，將各電路模塊設置在高速數據信號採集板上)可以完成對應答器上傳鏈路信號的幅度和波形進行採樣、測量，對採集的高速採樣數據做緩存，並用高速串行通路(包括且不限於光纖、乙太網、USB接口)或者高速並行接口(包括且不限於PCI接口和AGP接口)將數據傳輸到檢測分析處理裝置(可採用工控機實現)，並顯示在檢測分析處理裝置的顯示器上，顯示內容包括應答器報文信息、FSK信號的誤碼率分析、應答器位置及連結關係等。檢測分析處理裝置可以完成對應答器用戶信息進行詳細分析及顯示，並具備應答器連結失敗或安裝位置錯誤報警等功能；同時，該檢測分析處理裝置集成了虛擬儀器技術，包括虛擬示波器模塊(可模擬虛擬示波器)、虛擬場強儀模塊(可模擬場強儀)、虛擬頻譜儀模塊(可模擬頻譜儀)，可以對應答器Al信號進行示波器顯示、場強分析計算、中心頻率及偏移分析。並在該檢測分析處理裝置上完成了誤碼分析及相位顯示模塊，將直觀的顯示出接收到的FSK信號的誤碼率及相位。為了對信號進行更精密的測試，上述測試系統中，檢測分析處理裝置還可以設置頻譜儀接口、示波器接口和場強儀接口，各接口分別與分析處理單元連接，分別有於外部的頻譜儀、示波器、場強儀等儀器連接。本實用新型的測試系統可以用來測試分析應答器的工作電磁環境，在接收應答器的信號間隙，該檢測系統可分別在動態和靜態條件下，對在500K 7M間的所有幹擾信號進行檢測，包括對幹擾信號的波形、頻譜、信號強度等進行測試分析。該檢測系統可以在不藉助其它複雜測試儀器，對可能影響應答器的接收性能的幹擾源和幹擾信號進行檢測分析，並生成分析結果的報告。、[0054]本實用新型的檢測系統不但可實現除BTM主機具備的功能外，還可以實現(I)可以有效地接收應答器報文，不出現漏檢、誤檢等故障；(2)應答器發出的信號在接觸區(Contact Zone)、旁瓣區和串擾區的電磁場測量;(3)應答器發出信號的電特性的測量，包括FSK信號的中心頻率、信號頻偏，符號間相位等的測量；(4)應答器綜合檢測系統有8個緩存，用於存儲一組最多8個應答器的報文數據，這就保證了在報文有效時段內，不會丟失報文數據，並且順序報告報文；(5)實時解析地面應答器報文中的用戶信息包，顯示整條線路地面應答器的連結關係以及接收情況；(6)還原地面應答器上行鏈路信號的工作波形；(7)對地面應答器上行鏈路信號的頻譜統計分析，檢驗FSK信號的工作頻點頻率和中心頻點；(8)顯示地面應答器周圍的電磁環境信息；(9)顯示應答器報文數據的誤碼率曲線圖，檢測不同速度和電磁環境下應答器報文傳輸情況；(10)統計地面應答器上行鏈路信號的波形包絡；(11)統計地面應答器上行鏈路信號的數據平均傳輸速率；(12)統計地面應答器上行鏈路信號的帶寬、振幅以及功率；(13)統計地面應答器報文的接收情況，其中包含報文比特總數、報文總個數、報文錯誤比特總數、報文平均誤碼率、報文正確比特的起始位置、報文中最大連續正確比特總數和最大有效報文個數；統計地面應答器上行鏈路信號的最大時間間隔誤差(MTIE)，其中包括MTIEl和MTIE2。本實用新型實施例的檢測系統可完成接收傳輸應答器數據報文的基礎上，對應答器用戶信息進行分析及顯示，並對應答器信號在現場高速運行以及不同時間環境條件下的工作特點進行檢測分析，包括應答器上行鏈路信號的電氣特性分析，以及頻譜分析、能量分析、報文誤碼率分析等，為應答器的應用提供有效的參考依據，最終實現對應答器電氣特性參數的智能綜合分析處理。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求1.一種高速鐵路應答器綜合檢測系統，包括BTM主機，與BTM主機通信連接的BTM天線和ATP，其特徵在於，該系統還包括高速數據採集裝置，與BTM主機通信連接；以及檢測分析處理裝置，與所述高速數據採集裝置通信連接；其中， 所述高速數據採集裝置包括阻抗匹配濾波器、自動增益模塊、數模轉換模塊、主控制器、存儲器組和信號幅度控制模塊； 所述阻抗匹配濾波器的輸入埠，與所述BTM主機通信連接，接收所述BTM主機傳送的應答器信號，阻抗匹配濾波器的輸出埠經自動增益模塊與所述數模轉換模塊連接； 所述自動增益模塊的輸出端以模擬信號幅度判決方式經信號幅度控制模塊回連至該自動增益模塊的反饋接口； 所述數模轉換模塊與所述主控制器連接； 所述主控制器與所述存儲器組連接，所述主控制器上設有經所述信號幅度控制模塊回接至所述自動增益模塊的反饋接口，所述主控制器上設有連接所述檢測分析處理裝置的傳輸接口 ； 所述檢測分析處理裝置包括分析處理單元和與該分析處理單元連接的顯示器；其中，分析處理單元用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據進行分析處理，並將分析處理後得出的結果輸出至顯示器進行顯示。
2.根據權利要求I所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述主控制器包括 主控制模塊、濾波器模塊、FIFO管理模塊、高速數據傳輸模塊和FSK幅度檢測模塊；其中， 濾波器模塊設有兩個輸入端、一個輸出端和一個反饋接口，第一輸入端與所述數模轉換模塊連接，第二輸入端連接主控制模塊，輸出端經FIFO管理模塊與所述存儲器組連接，反饋接口與FSK幅度檢測模塊連接； 主控制模塊設有四個輸出端和一個反饋接口，第一輸出端與濾波器模塊連接，第二輸出端經FIFO管理模塊與存儲器組連接，第三輸出端與存儲器組連接，第三輸出端與高速數據傳輸模塊連接，反饋接口與FSK幅度檢測模塊的第二輸出端連接； 高速數據傳輸模塊設有兩個輸入端、兩個輸出接口和反饋接口，第一輸入端與主控制模塊連接，第二輸入端與存儲器組連接，反饋接口與FSK幅度檢測模塊的第二輸出端連接，第一輸出接口為串行傳輸接口，第二輸出接口為並行傳輸接口 ； FSK幅度檢測模塊設有一個輸入端和兩個輸出端，輸入端與濾波器模塊的反饋接口連接，第一輸出端與所述信號幅度計算處理模塊連接，第二輸出端分別與主控制模塊和高速數據傳輸模塊連接。
3.根據權利要求2所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述主控制器的串行傳輸接口包括光纖、乙太網、USB接口 ；所述並行傳輸接口包括PCI接口和AGP接□。
4.根據權利要求2所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，構成所述主控制器的所述濾波器模塊、FIFO管理模塊、主控制模塊、高速數據傳輸模塊和FSK幅度檢測模塊均封裝在FPGA晶片中。
5.根據權利要求I所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述高速數據採集裝置採用電路插板結構，插裝在所述BTM主機的背板上，通過所述背板的總線與其它插裝在背板上的電路板通信連接。
6.根據權利要求I所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述檢測分析處理裝置的分析處理單元包括 報文解析處理模塊、報表處理模塊、虛擬示波器模塊、虛擬頻譜儀模塊、虛擬場強儀模塊和誤碼率分析儀模塊；其中， 所述報文解析處理模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器報文進行解析； 所述虛擬示波器模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器信號的波形輸出至所述顯示器進行顯示； 所述虛擬頻譜儀模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包含的應答器信號的功率譜分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯示； 所述虛擬場強儀模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包括的應答器信號的場強進行分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯示； 所述誤碼率分析儀模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對所述高速數據採集裝置的輸出數據中包括的應答器信號的誤碼率進行分析，並將分析結果輸出至所述顯示器進行顯示。
7.根據權利要求5所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述檢測分析處理裝置的分析處理單元還包括 所述報表處理模塊，與所述高速數據採集裝置連接，用於對分析處理後得出的結果進行匯總輸出。
8.根據權利要求I或6所述的高速鐵路應答器綜合檢測系統，其特徵在於，所述檢測分析處理裝置還包括 頻譜儀接口、示波器接口和場強儀接口 ； 所述頻譜儀接口、示波器接口和場強儀接口分別與所述分析處理單元連接。
專利摘要本實用新型公開一種高速鐵路應答器綜合檢測系統，屬鐵路設備檢測領域。該系統包括BTM主機，與BTM主機通信連接的BTM天線和ATP，還包括與BTM主機通信連接的高速數據採集裝置，和經BTM主機與所述高速數據採集裝置通信連接的檢測分析處理裝置。該系統在列車高速運行條件下由高速數據採集裝置完成對應答器信號的高速採集，通過檢測分析處理裝置完成對高速數據採集裝置採集並處理後的應答器信號進行分析處理後，通過檢測分析處理裝置顯示應答器信號的波形、頻譜、詳細報文信息以及特性指標等內容，該檢測系統可適用於時速不小於350km的高速鐵路環境，對高速列車的應答器系統進行準確檢測，保證應答器系統可靠工作。
文檔編號B61L1/20GK202413856SQ201220026390
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者呂旌陽, 徐寧, 楊志傑, 王丁, 王瑞, 王財進 申請人:中國鐵道科學研究院通信信號研究所, 北京市華鐵信息技術開發總公司, 北京銳馳國鐵智能運輸系統工程技術有限公司