一种漏缆在线监测系统的制作方法

本发明涉及轨道交通无线通信系统用漏泄电缆监测技术领域，尤其涉及一种漏缆在线监测系统。

背景技术：

轨道交通和客运专线无线通信系统的运行质量与铁路运输组织及运行安全密切相关。由于在隧道内，无线电磁波的传播受到限制，导致通信不畅，因此，无线通信系统使用漏泄电缆(以下简称漏缆)进行通信网络覆盖，保证无线电磁波的传播不受限制，以保证车地数据传输的通畅。

在无线通信系统网络日常运营维护中，漏泄电缆系统的性能对无线通信网络的安全运行有很重要的影响。无源器件的故障是整个射频无线系统中的主要问题，接头、跳线、调相头、避雷器及直流阻隔器等出现问题的几率占绝大部分，漏缆的折断、变形及损坏，接口的松动、进水和雾腐蚀，天线的损坏及安装过程中的部分不规范等均影响线路的质量。随着无线通信系统的运行开通，由于设备质量问题或工程安装问题，部分漏缆所连接的接头、跳线、调相头、避雷器和直流阻隔器将开始进入故障频发期。

针对漏泄电缆系统出现的故障问题，目前的解决方案主要有离线式监测、带监测功能的直放站、发射接收式监测及被动式在线监测。离线式监测是在故障出现后进行测试，不能在线监测，时效性差；带监测功能的直放站不具有定位功能，监测到报警后需要重新测试；发射接收式监测分为发射和接收，一套系统有两个设备，对供电要求高，不能检测单电源的短隧道和隧道两端的漏缆，不具有通用性；被动式监测提取漏缆传输的信号，提取信号难度很大，且漏报率高。总的来说，目前常用的在线解决方案主要分为驻波比检测和主从机监测 两大类，前者仅仅是进行报警功能，不能定位，需专业技术人员处理故障，耗时而不便；后者是使用两台有源设备进行检测，检测结果受室外温度影响较大，误报率高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种漏缆在线监控系统，能够对故障点精确定位，监测精度高，监测范围大，适用于各种长度及各种频率的漏缆的监测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种漏缆在线监测系统，包括监测单元、通信链路及网管，所述监测单元经通信链路与网管进行信息交互，所述监测单元采用监测主机，监测主机包括用于向漏缆发送射频信号的射频电路模块、用于接收反射回来的射频信号的信号接收模块、用于根据反射回来的射频信号判断漏缆是否存在故障及故障点的位置的信号处理模块及环形器，射频电路模块的输出端经环形器连接漏缆的一端，漏缆的同一端连接信号接收模块的输入端，信号接收模块还与信号处理模块相连，信号处理模块经通信链路与网管相连；通信链路包括光电转换模块及电光转换模块，通信链路用于对监测信号进行转换和传输；所述网管用于对监测单元发送的数据进行分析和显示，并向监测单元发送控制指令。

所述监测主机还包括信号合路模块，射频电路模块的输出端通过环形器连接信号合路模块的输入端，信号合路模块与漏缆的一端相连，信号合路模块还经环形器连接信号接收模块的输入端，所述射频电路模块还与信号处理模块相连。

所述监测单元还包括监测跨接器和监测匹配终端，监测跨接器跨接在两段漏缆之间，监测匹配终端设置在漏缆尾端。

所述网管包括数据通信模块、实时状态模块、告警管理模块、数据记录模 块、配置管理模块、维护管理模块及用户管理模块，数据通信模块输出的信号接入到实时状态模块和告警管理模块，实时状态模块和告警管理模块输出的数据保存在数据记录模块中，用户管理模块、配置管理模块及维护管理模块输出的信号也保存在数据记录模块中，配置管理模块及维护管理模块输出的配置信号和控制信号均传输给数据通信模块，并下发至监测单元。

还包括现场管理单元，监测单元通过通信链路与现场管理单元进行信息交互，现场管理单元的输出端连接网管，现场管理单元用于将监测单元的数据汇总并上传至网管，同时将网管下发的控制指令发送至监测单元。

所述监测单元有多台，每个监测单元均具有唯一的编号和IP，多台监测单元和现场管理单元之间采用星形连接；所述现场管理单元也有多台，每个现场管理单元均具有唯一的编号，多台现场管理单元及网管之间也采用星形连接。

本发明具有以下优点：

(1)本发明所述监测单元的精度可调，且监测精度可达厘米级别，监测精度高；

(2)监测单元所用的检测信号与漏缆工作频率不同，不影响漏缆的正常工作，且监测单元具有定时轮询检测功能，方便用户使用，同时能够降低设备功耗，增加设备寿命；

(3)监测单元可同时监测多条漏缆，并且可以跨过直放站对不同段漏缆进行监测，可以减少监测单元的个数，降低成本；

(4)采用专用网管系统，可以对漏缆故障点进行定位分析和显示故障器件，为维修人间的检修提供依据，同时，网管还具有数据保存和查询功能，方便技术人员为漏缆的故障状况进行查看和分析，以制定完善的维修方案；

(5)本监测系统既适用于漏缆的监测，也适用于监测天馈线系统，实用性 强。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明所述监测主机的原理框图；

图3为本发明所述网管的原理框图；

图4为本发明的组网示意图；

图5为本发明所述实施例一的数据传输链路图；

图6为本发明所述实施例二的数据传输链路图。

具体实施方式

实施例一

如图1至图5所示，本发明包括监测单元、现场管理单元、通信链路及网管，监测单元通过通信链路与现场管理单元进行信息交互，现场管理单元还与网管相连，监测单元用于产生扫频信号输入到漏缆中，并根据漏缆反射回的射频信号判断漏缆是否存在故障及故障点的位置，并将故障信息传输给现场管理单元；现场管理单元用于将监测单元监测到的数据汇总并上传至网管，同时将网管下发的控制指令发送至监测单元；网管用于对现场管理单元发送的数据进行分析和显示，并根据监测单元监测到的数据发出控制指令。

监测单元包括监测主机及监测匹配终端，监测主机包括射频电路模块、环形器、信号合路模块、信号接收模块及信号处理模块，射频电路模块的输出端通过环形器连接信号合路模块的输入端，信号合路模块与漏缆相连，信号合路模块还经环形器连接信号接收模块的输入端，信号接收模块的输出端连接信号处理模块的输入端，信号处理模块还经通信链路与现场管理单元相连，射频线路模块还与信号处理模块相连。射频电路模块产生扫频信号并发送至漏缆，信号 接收模块接收漏缆反射回的射频信号，信号处理模块用于判断漏缆是否存在故障及故障点的位置，并将故障信息通过现场管理单元传输至网管，同时，网管下发的控制信号经现场管理单元传输至监测主机；环形器使信号单向环形传输，信号合路模块用于将射频电路反射的信号与直放站信号进行合路；监测匹配终端设置在漏缆的尾端，用于吸收漏缆尾端的射频信号，防止信号反射而影响检测结果。监测主机和监测匹配终端分别与直放站相连，直放站为无线传输系统的现有装置，不再赘述。

根据漏缆的特性，对于阻抗完美匹配的漏缆而言，发送到漏缆的信号具有完全传输零反射的特性，而实际应用中，当漏缆出现故障时，漏缆的阻抗不完全匹配，发送到漏缆的信号会反射到发送端，造成反射信号增强。本发明利用对反射信号的检测来判断故障点的距离和故障程度。

信号处理模块对信号进行处理时，为规避积分计算非常耗时的难点，本发明中采用频域处理的方式进行处理，在频域中根据傅里叶变换的卷积原理计算，把输入信号的傅里叶变换与被测漏缆的频响特性进行卷积，然后再对卷积结果进行傅里叶逆变换，获得时域信息后即可得到被监测漏缆的驻波比信息，从而对漏缆进行阈值判断。时域中的积分用频域中的卷积来描述，可以快速计算出阶跃响应特性。

本发明中监测系统的检测精度公式为：

式中：

A—检测精度；

c—光速；

v_p—速度系数；

P—测量点数；

ΔF—扫描带宽。

监测系统的测量范围Z为：

监测单元对漏缆监测时，通过接收返回的扫频信号来对漏缆进行检测，所以监测主机发射的扫频信号在漏缆里作了一次往返，其动态范围与报警门限和被监测漏缆长度的关系为：

式中：

D—被监测漏缆的长度；

Z—可监测的总长度，单位为米；

X—漏缆的百米损耗；

RL₀—驻波比故障门限所对应的回波损耗值。

其中，回波损耗与驻波比的关系为：

式中：

VSWR—驻波比值。

信号处理模块对信号进行处理的过程有现有技术，不再赘述。

现场管理单元包括设备通道选择模块及控制软件模块，控制软件模块具有识别功能，通过对监测单元和网管的IP信息进行识别，可以使网管和监测单元通过设备通道选择模块进行通信。

在本实施例中，监测单元设置在直放站机房内，现场管理单元设置在基站机房内。

通信链路包括光电转换模块和电光转换模块，监测单元发送的信号经电光转换模块转为光信号后，经光缆进行远距离传输，并通过光电转换模块转为电信号接入现场管理单元；现场管理单元发送的信号经电光转换模块转为电信号后，通过光缆进行远距离传输，并通过光电转换模块转化为电信号接入监测单元，使用光缆传输可以降低损耗，实现远距离传输。

网管包括数据通信模块、实时状态模块、告警管理模块、数据记录模块、配置管理模块、维护管理模块及用户管理模块。数据通信模块输出的信号接入到实时状态模块和告警管理模块，实时状态模块和告警管理模块输出的数据保存在数据记录模块中，用户管理模块、配置管理模块及维护管理模块输出的信号也保存在数据记录模块中，配置管理模块及维护管理模块输出的配置信号和控制信号均传输给数据通信模块，并下发至监测单元。数据通信模块用于完成所有监测单元与网管之间的数据通信，定时将监测单元所监测的漏缆信息与网管进行数据交互，是网管与监测单元交互的桥梁；实时状态模块用于完成所有监测单元监测的漏缆实时信息的记录与导出，包括所监测漏缆的位置信息、实施告警信息、漏缆长度、报警信息及用户操作信息；告警管理模块用于完成对告警信息的处理，包括告警后的声音警示、告警信息确认、告警漏缆链路的波形以及告警点对应的故障器件等；数据记录模块是网管数据库，完成对报警信息、用户操作信息等的记录以及导出；配置管理模块完成网管对监测单元的初始化配置，包括监测单元的编号、IP、端口号、公里标信息、扫描起止频率、扫描点数、时间同步信息以及所监测漏缆的起止距离、百米损耗、相对传输系数等基本属性；维护管理模块用于完成对监测网管的设置和维护，可以设置监测系统的报警门限值、定时轮询监测时间等；用户管理模块主要完成对不同用户等级的权限划分、用户添加和基本信息修改、用户统计等。

在本发明中，监测单元有n个，n＝1,2,……，n-1，n，每个检测单元均具有唯一的编号和IP，n个监测单元和现场管理单元之间采用星形连接，即n个监测单元均通过通信链路连接现场管理单元，现场管理单元有N个，N＝1，2，……，N-1，N，每个现场管理单元均具有唯一的编号，N台现场管理单元及网管之间也采用星形连接，即N个现场管理单元均连接网管，将n*N个监测单元所监测的数据传输到网管，可以在监控室以及通信车间查看监控状态。

实施例二：

如图1至图4及图6所示，监测单元包括监测主机、监测跨接器及监测匹配终端，监测主机用于产生扫频信号并将扫频信号输入到漏缆中，根据漏缆反射回的射频信号判断漏缆是否存在故障及故障点的位置，并将故障信息传输给现场管理单元；现场使用中，直放站两端的漏缆是独立的，监测跨接器跨接在两段漏缆之间，监测跨接器可以减少监测主机的数量，降低成本；监测匹配终端设置在漏缆尾端，用于吸收漏缆尾端的射频信号，防止信号反射而影响检测结果。

实施例二与实施例一的区别仅在于实施例二中包括漏缆跨接器，其他均与实施例一相同。

以GSM-R漏缆为例，避开漏缆的工作频率，并且择取能够很好反应出漏缆工作状态的扫描频率，精度误差不大于5米，配置监测主机扫描起始频率780MHz、终止频率820MHz、测量点数1033、监测漏缆起始距离0米、监测漏缆终止距离2000米、速度系数0.88、百米损耗2.20、三级告警门限分别为1.5、1.8、2.0。则检测精度为：

测量范围Z为：

根据所设置参数，告警门限值为1.5时，回波损耗值为：

则动态范围要求：

本次监测漏缆长度为2000米，大于两相邻直放站之间漏缆长度，所以应用方案可参考图6，对直放站两端的漏缆通过监测跨接器进行桥接，延长了被监测漏缆的距离而不影响直放站与漏缆之间的连接方式。

本发明能够对故障点精确定位，监测精度高，监测范围大，适用于各种长度及各种频率的漏缆的监测，同时也适用于监测天馈线系统，应用范围广，实用性强。

本方面具体应用途径很多，上述仅是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也视为本发明的保护范围。