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文檔簡介
1、應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)(Balise Transmission System,BTS)是一種基于電磁耦合機理的自動識別系統(tǒng),是中國列車運行控制系統(tǒng)(Chinese Train Control System,CTCS)的關(guān)鍵設(shè)備,為車載安全計算機提供線路參數(shù)、定位、臨時限速、進(jìn)路、級間轉(zhuǎn)換等信息。然而,當(dāng)前應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)在工程應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)“丟點”現(xiàn)象,即車載應(yīng)答器傳輸模塊(Balise Transmission Module,BTM)接收不到地
2、面應(yīng)答器的報文數(shù)據(jù)。相關(guān)規(guī)范規(guī)定在進(jìn)出站報文丟失或者連續(xù)丟失兩條報文的情況下會造成列車最大常用制動,高的報文丟失率將嚴(yán)重影響列車的運行效率。當(dāng)前,針對此問題的研究多是從試驗測試、工程實踐角度來摸索解決方案,并沒有做深入系統(tǒng)的理論研究。
論文以應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)為研究對象,首先基于電磁基礎(chǔ)理論(麥克斯韋方程組)建立了應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)的電磁理論模型;在此基礎(chǔ)上,建立了一種上行鏈路動態(tài)模式信號模型,可實現(xiàn)在實驗室靜態(tài)條件下對BTM進(jìn)行動態(tài)
3、測試的目的;接著分析了旁瓣問題的產(chǎn)生機理,給出了旁瓣抑制措施的相關(guān)建議,提出了應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)工程安裝優(yōu)化方案;然后設(shè)計了一種“8”字形的BTM車載天線,提高了應(yīng)答器的定位精度;最后建立了雙信道應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)的信道模型,擴充了現(xiàn)有應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量。
論文的創(chuàng)新點主要有以下幾個方面:
(1)建立了基于麥克斯韋方程組的應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)電磁理論模型。深入分析了BTM天線與地面應(yīng)答器之間能量和數(shù)據(jù)的傳輸過程,建立了應(yīng)答器
4、輸入/輸出(Input/output,I/O)特性、射頻磁場分布、信號輻射模式等理論模型,給出了計算應(yīng)答器作用距離的一般步驟。該理論模型和相關(guān)分析方法能夠有效地分析應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)的物理本質(zhì),對相關(guān)設(shè)備的開發(fā)和系統(tǒng)優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義;
(2)建立了一種用于BTM動態(tài)測試的上行鏈路動態(tài)模式信號模型,利用該信號模型能夠在實驗室半實物、靜態(tài)仿真環(huán)境下對BTM進(jìn)行動態(tài)測試。該模型模擬了列車以不同速度通過應(yīng)答器上方時車載BTM收到的上
5、行鏈路信號包絡(luò)情況,其充分考慮了射頻能量信號的輻射方向性、BTM對上行鏈路信號接收的靈敏度、地面設(shè)備的瞬態(tài)特性以及速度影響等因素。通過應(yīng)答器分析與測試平臺可以對BTM的動態(tài)接收與處理能力進(jìn)行測試,相關(guān)測試結(jié)果可作為BTM高速適用性評價的依據(jù);
(3)提出了應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)旁瓣抑制措施及工程安裝優(yōu)化方案?;谝呀⒌膽?yīng)答器傳輸系統(tǒng)相關(guān)理論模型,分析了旁瓣的產(chǎn)生機理及影響因素,指出了應(yīng)答器2種安裝模式的本質(zhì)區(qū)別,研究了2種安裝模式對
6、安裝高度和橫向偏移的適應(yīng)性,結(jié)合道床環(huán)境、曲線半徑等因素提出了應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)旁瓣抑制措施及工程安裝優(yōu)化方案。試驗結(jié)果與理論分析相符,表明該研究成果在現(xiàn)場工程實踐、提高國產(chǎn)化裝備應(yīng)用水平方面具有重要的參考價值;
(4)設(shè)計了一種“8”字形結(jié)構(gòu)的BTM車載天線,用于在定點停車中提高應(yīng)答器定位精度。分別基于電磁基礎(chǔ)理論、電磁場仿真軟件建立了“8”字形天線的數(shù)學(xué)模型和有限元仿真模型,通過仿真對比了車載矩形天線和“8”字形天線的包絡(luò)形態(tài)
7、,對2種天線的定位性能進(jìn)行了分析。后者特殊的包絡(luò)形態(tài)使其擁有更高的定位精度、更小的時延。試驗結(jié)果與仿真結(jié)果一致,該“8”字形天線結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn),有良好的推廣、應(yīng)用前景。
(5)建立了雙信道應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)信道模型。雙信道應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)是基于對既有應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)擴容的需求而提出的,仿真結(jié)果表明新增的相移鍵控(Phase Shift Keying,PSK)信道和既有的頻移鍵控(Frequency Shift Keying,F(xiàn)
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