基于裂缝波导通信的列车自动控制系统

1、基于裂缝波导通信的列车自动控制系统【摘要】介绍基于裂缝波导通信的列车自动控制系统的构成、原理及功能。【关键词】AT(列车自动控制)，裂缝波导，波导信息网，波导信息网基站1概述实现基于通信的列车自动控制系统，手段有多种。有在沿轨旁铺设电缆环、泄漏电缆、裂缝波导和安装无线扩频电台等力祛。穿插电缆环方法是目前较为成熟的技术，因该方法需要在沿轨道全线铺设穿插电缆环，安装工作量大，维护费事，并且和裂缝波导相比，其线性损耗较大。基于电缆环或泄漏电缆等通信手段的AT(列车自动控制系统)是通过车站和轨旁的设备交换车的位置信息，列车在线路中的位置需要列车通过车载里程仪(借助电缆环的穿插点同步)测量后经车载通信天

2、线发送给轨道上的电缆环，通过轨旁设备处理后送到车站控制设备，车站控制设备再将这信息转发给后续列车，后续列车知道了前行列车的位置，可根据事先定义的平安行车原那么，保持剐、的行车间距，实现挪动闭塞。无线扩频电台方法，目前仅有少量成功应用的例子，虽然该系统兼具设备量少、本钱低、安装方便、易于维护等优点，但是在地铁隧道中(特别是拐弯处)需安装信号中继设备，而且其发射功率不能太大。而采用以无线扩频电台和裂缝波导为通信媒介，裂缝波导作为无线电台的天线使用的方法，彻底解决了无线电台在地铁隧道中信号传输的问题，是一个平安、可靠、先进的信号系统，最适宜在地铁环境中使用。本文重点介绍基于裂缝波导通信的列车自动控制

3、系统的构成、原理及功能。2系统构成及原理基于裂缝波导通信的列车自动控制系统，是采用在沿轨道铺设裂缝波导(缝隙天线)的方式，以波导信息网络、无线扩频电台为根底，采用TDA(TieDivisinultipleAess)多址通信方式，通过有线和无线网络的集合，实现列车与轨旁设备的双向连续通信及列车定位功能，最终实现挪动闭塞信号控制系统。21波导信息网络波导信息网络用于确保列车和本地ATS(AutatiTrainSupervisin)列车自动监控系统、控制中心之间的车地双向连续传输信息。波导信息网络是由多个波导信息网通信单元和车载的波导信息网挪动站组成，图1为波导信息网络构造图。波导信息网基站是由车站

4、计算机、无线扩频电台、数据采集卡、无源滤波器、窄缝检测发射器、耦合器等组成。波导信息网挪动站是由车载计算机、车载无线电台、数据采集卡、窄缝探测接收器等组成。信号传输是通过ATS中心控制室、车站计算机、车载计算机、车载电台和列车上的定向天线发射和接收信号，轨旁单元通过同轴电缆与裂缝波导连接，以裂缝波导为载体双向传输列车实时信息。图1波导信息网构造波导信息网基站和轨旁ATP(AutatiTrainPrtetin)AT(AutatiTrainperatin)列车自动防护列车自动驾驶是有线连接，轨旁ATPATt之间通过光纤、尾纤、光配线架、光端机等形成区间链路。波导信息网基站和波导信息网挪动站之间的无

5、线网络执行IEEE80211和IEEE8023标准。操作系统可选用indsNT40、Linux、inds2000等。波导信息网使用无线扩频电台进展网络通信。跳频时间与时分复用周期建立同步关系。各控制区间的通讯网有一定的重叠覆盖区，保证列车运行至控制区分界处时，可以平滑过渡，在车站主控计算机上安装网络操作系统，系统根据每个列车车的车载计算机的标识不同及其无线网卡配置的不同来识别每列列车。使用大型数据库软件(如rale，Sybase等)，通过数据采集卡的数据采集软件，获取车载计算机发出的列车运行数据，对数据进展分析、计算、查询、统计、更新、存储等。车载、车站的控制软件对所其需数据通过波导信息网进展

6、发送、下载和更新。波导信息网基站还负责：接收处理车载计算机的数据、发送主控计算机的数据、接收列车定位数据、处理数据采集卡采集的列车运行数据、提供HI(HuanahineInterfae)接口、接收Hl发送的列车控制信息并通过报文模块发送、提供TPIP通信接口、提供串口通信接口等。22通信单元系统中的通信单元由裂缝波导(用于辐射电磁波载波)、波导同轴变换器(用于向裂缝波导馈入射频载波信号)、同轴电缆、终端负载(用于消除反躬被)、波导信息网基站、轨旁ATPAT、园司链路与沿线设备共同组成的个无线和有线相结合的通信网络，图2为通信单元的根本组成图。系统中的通信单元是组成波导信息网络的根底，负责每个车

7、站的信息管理，列车控制等，信息通过区间链路等通信网络和控制中，b进展交换，以便控制中心对每列列车进展调度管理。每个通信单元和本地ATS、轨旁ATPAT、计算机联锁、轨道电路组成个信号控制车站。站台信号设备如信号机、屏蔽门、紧急停车按钮由信号控制站的联锁设备控制。信号控制站主要负责：初始化网络配置、无线网络管理、数据记录、数据处理、跟踪歹0车、速度计算、提供操作员接口、列车控制系统接口、车载计算机信息交换等。23波导信息网基站波导信息网基站一般位于离波导不远的地方，也可以安装在信号设备室。主要是由以下设备构成：无源滤波器、无线调制解调器、裂缝波导检测载波发生器、多路复用器、耦合器电源等组成。它是

8、组成波导信息网络单元的最根本的部分，是和车载挪动站进展车地通信的工作站。24波导信息网挪动站列车两端的驾驶室各有一台波导信息网挪动站。包括车载无线电台、车载ATPAT设备、接口电路以及信标接收天线和解码器。车载计算机，安装专用的数据采集卡，将其作为移开工作站，安装操作系统、数据库、专用数据采集软件等。主要负责：数据初始化、无线网络连接、获得位置信息、速度计算、控制区交接通信、与车站计算机交换信息、数据记录、数据处理、列车控制系统(窄缝险测接收器)接口等。转贴于论文联盟.ll.25微波裂缝波导采用微波裂缝波导系统作为车地双向数据传输的媒介，微波裂缝波导系统是波导信息网络的关键部分，它是具有较宽的

9、带宽的可以同时传输数据、语音及视频信号的传输系统，用于车地双向连续数据传输及列车定位。裂缝波导是个中空的铝质矩形管，在其顶部等间隔开有窄缝，使得在载频范围内的微波沿裂缝波导均匀辐射，在波导上方的适当位置接收器可以接收波导裂缝辐射的信号，接收器通过信号处理得到有用的数据，图3为裂缝波导传输方式。轨旁ATP/AT语音、视频、数据图3裂缝波导传输方式使用TDA作为系统的通信组织管理方式。TDA(TieDivisinultipleAess)时分多址就是所有用户使用同射频带宽，按某种秩序分时发射的多址通信技术。波导信息网基站向每列列车给出同步信号，给每竹rJ车预先分配好一个固定时隙，每列列车在各自的时隙

10、内和波导信息网基站交换信息(详细的时元、时隙划分，需要根据扩频电台的技术指标确定，一般个时隙大约10s)，采用直接序列扩频和跳频来防止干扰。波导信息网基站使用同轴电缆与裂缝波导连接，通过裂缝波导与车载电台交换信息，列车与轨旁单元的信息交换在固定的时隙内完成。系统每秒屡次对每辆列车的位置进展检测，利用时分多址(TDA)方法，最多可同时控制30辆列车。交换的数据内容包括列车的车次号、当前相对位置、当前运行速度、运行时间、运行间隔 、到达时间、出清时间等，列车通过车载ATPAT控制列车的运行并准确定位，图4为TDA励哩图。图4TDA口时分多址原理27列车运行间隔 计算列车的运行间隔 二波导裂缝间距x

11、相对起始点开始检测到的裂缝数根据位置信息及相应的运行时间计算出列车当前的速度，列车将速度信息和相对位置放人报文发给轨旁基站，再通过远程控制单元传输给控制中心。28列车定位每列列车自身具有定位功能，确定自身的速度间隔 曲线。列车通过车载传感器和读取轨旁信标的信息进展初始化、更新数据或准确停车。当列车通过时，使用安装在线路内的信标确定列车的绝对位置和运行方向，列车通过波导信息网向轨旁ATP发送其位置信息。由于采用的裂缝波导是在其顶部等间隔开有窄缝，因此，列车的绝对位置可以通过对裂缝波导缝隙的计数和信标比照得到。29挪动闭塞区的防护轨旁设备搜集所有列车的位置信息，对每列列车进展管理，根据列车实时位置、速度和列车信息确定平安保护区段。轨旁设备为每个车载ATP提供个后续列车不能进人当前列车“保护范围的涉及故障平安的限制位置。3小结由于基于裂缝波导通信的列车自动控制系统，将轨道分割成不同的控制区，每个控制区由车站计算机、无线扩频电台和波导信息网构成无线通