专利名称：高速铁路应答器综合检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路设备检测领域，尤其涉及一种高速铁路应答器综合检测系统。
背景技术：
自2005年起中国开始引进欧标应答器系统设备，目前在国内铁路已经达到了大量运用。欧标应答器系统设备由地面设备和车载设备组成，地面设备包括应答器和LEU(地面电子单元)，车载设备包括应答器传输模块(BTM)和天线。应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备，用于在特定地点实现地面与列车的相互通信，由应答器向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。安装于两根钢轨中心枕木上的地面应答器不要求外加电源，平时处于休眠状态， 仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作，并能在接收到车载天线功率的同时向车载天线发送已存储的报文数据。BTM天线将接收来自地面应答器的信息发送给BTM，解码器对该信息进行滤波、数字解调等相关处理，并将处理好的数据通过相应的接口在约定的接口协议下传送至相关的设备，如ATP设备、显示设备或无线设备等。由于目前投入使用的高速铁路的车速较高(一般时速不小于350公里)，而现有用于普通列车的应答器检测系统，无法在高速铁路车速较快的环境下，及时准确的对应答器状态进行检测，进而无法保证铁路应答器系统的可靠性。
发明内容
本发明实施方式提供一种高速铁路应答器综合检测系统，可以解决目前用于普通列车的应答器检测系统无法适用于高速铁路环境，不能对高速铁路上的应答器状态进行准确检测，从而无法保证铁路应答器系统可靠性的问题。为解决上述问题本发明提供的技术方案如下本发明实施方式提供一种高速铁路应答器综合检测系统，包括BTM主机，与BTM 主机通信连接的BTM天线和ATP，该系统还包括高速数据采集装置，与BTM主机通信连接； 以及检测分析处理装置，与所述高速数据采集装置通信连接；其中，所述高速数据采集装置包括阻抗匹配滤波器、自动增益模块、数模转换模块、主控制器、存储器组和信号幅度控制模块； 所述阻抗匹配滤波器的输入端口，与所述BTM主机通信连接，接收所述BTM主机传送的应答器信号，阻抗匹配滤波器的输出端口经自动增益模块与所述数模转换模块连接；所述数模转换模块与所述主控制器连接；所述主控制器与所述存储器组连接，所述主控制器上设有经所述信号幅度控制模块回接至所述自动增益模块的反馈接口，所述主控制器上设有连接所述检测分析处理装置的传输接口；
所述检测分析处理装置包括分析处理单元和与其连接的显示器；其中，分析处理单元用于对所述高速数据采集装置的输出数据进行分析处理，并将分析处理后得出的结果输出至显示器进行显示。由上述提供的技术方案可以看出，本发明实施方式提供的应答器综合检测系统， 通过设置高速数据采集装置与检测分析处理装置配合，在列车高速运行条件下由高速数据采集装置完成对应答器信号的高速采集，通过检测分析处理装置完成对高速数据采集装置采集并处理后的应答器信号进行分析处理后，通过检测分析处理装置显示应答器信号的波形、频谱、详细报文信息以及特性指标等内容，该检测系统可以适用于时速不小于350km的高速铁路环境，对高速列车的应答器系统进行准确检测，保证了高速铁路应答器系统可靠的工作。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图I为本发明实施例提供的检测系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的检测系统的高速数据采集装置与检测分析处理装置连接的结构框图；图3为本发明实施例提供的检测系统的检测分析处理装置的结构框图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。 下面对本发明实施例作进一步地详细描述。实施例本实施例提供一种高速铁路应答器综合检测系统，包括BTM主机(BTM，Balise Transmission Module应答器传输模块单元)(该BTM主机包括现有BTM主机中的各种电路部件，如通信板、解码板、功放板、电源板等)，以及与BTM主机通信连接的BTM天线和 ATP (ATP, Automati c Train Protection,列车自动保护装置)，如图I 3所示，该系统还包括高速数据采集装置，与BTM主机通信连接；以及检测分析处理装置，与高速数据采集装置通信连接；其中，高速数据采集装置包括阻抗匹配滤波器、自动增益模块、数模转换模块、主控制器、存储器组和信号幅度控制模块；其中，阻抗匹配滤波器的输入端口与BTM主机通信连接，接收BTM主机传送的应答器信号，阻抗匹配滤波器的输出端口经自动增益模块与数模转换模块连接；
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自动增益模块的输出端以模拟信号幅度判决方式经信号幅度控制模块回连至该自动增益模块的反馈接口 ；该自动增益模块完成应答器信号幅度的调整，将输入的应答器信号的幅度限制在一定范围内；自动增益调整的依据在于数字方式和模拟方式的幅度检测。数模转换模块与主控制器连接；主控制器与存储器组连接，主控制器上设有经信号幅度控制模块回接至自动增益模块的反馈接口，主控制器上设有连接检测分析处理装置的传输接口 ；检测分析处理装置包括分析处理单元和与该分析处理单元连接的显示器；其中，分析处理单元用于对高速数据采集装置的输出数据进行分析处理，并将分析处理后得出的结果输出至显示器31进行显示。上述检测系统中，高速数据采集装置接收BTM主机传送的应答器信号，经阻抗匹配滤波器、自动增益模块处理后输出至数模转换模块，数模转换模块将应答器信号转换为高速并行数字信号，主控制器对数模转换模块转换后输出的高速并行数字信号进行数字滤波，滤去干扰信号；并将滤波后的信号通过传输接口传输至检测分析处理装置进行分析处理，从而根据分析处理后输出的结果确定各应答器的状态。因为采样数据通常是突发的，采集应答器信号的采样率比较高，传输速率通常低于采样速率，因此上述检测系统的高速数据采集装置的主控制器与存储器组连接，通过存储器组进行缓存，解决传输速率通常低于采样速率，导致影响输出数据的问题。上述检测系统的高速数据采集装置中，主控制器如图2所示，包括主控制模块、滤波器模块、FIF0(FIF0, First Input First Output,先入先出队列)管理模块、高速数据传输模块和FSK(FSK，FrequenCy-shift keying，频移键控调制)幅度检测模块；其中，滤波器模块设有两个输入端、一个输出端和一个反馈接口，第一输入端与所述数模转换模块连接，第二输入端连接主控制模块，输出端经FIFO管理模块与所述存储器组连接，反馈接口与FSK幅度检测模块连接；主控制模块设有四个输出端和一个反馈接口，第一输出端与滤波器模块连接，第二输出端经FIFO管理模块与存储器组连接，第三输出端与存储器组连接，第三输出端与高速数据传输模块连接，反馈接口与FSK幅度检测模块的第二输出端连接；高速数据传输模块设有两个输入端、两个输出接口和反馈接口，第一输入端与主控制模块连接，第二输入端与存储器组连接，反馈接口与FSK幅度检测模块的第二输出端连接，第一输出接口为串行传输接口，第二输出接口为并行传输接口 ；FSK幅度检测模块设有一个输入端和两个输出端，输入端与滤波器模块的反馈接口连接，第一输出端与所述信号幅度计算处理模块连接，第二输出端分别与主控制模块和高速数据传输模块连接。上述主控制器的串行传输接口包括但不限于光纤、以太网、USB接口 ；并行传输接口包括但不限于PCI接口和AGP接口。串行传输接口和并行传输接口也可以采用其它形式的高速数据传输接口，只要能实现对数据的高速串行或并行输出即可。上述高速数据采集装置中，构成主控制器的滤波器模块、FIFO管理模块、主控制模块、高速数据传输模块和FSK幅度检测模块均封装在FPGA芯片中。
上述检测系统中，高速数据采集装置采用电路插板结构，插装在BTM主机的背板上，通过背板的总线与其它插装在背板上的电路板通信连接。上述检测系统中，检测分析处理装置的分析处理单元如图3所示，包括报文解析处理模块、报表处理模块、虚拟示波器模块、虚拟频谱仪模块、虚拟场强仪模块和误码率分析仪模块；其中，报文解析处理模块，与高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器报文进行解析；虚拟示波器模块，与高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器信号的波形输出至所述显示器进行显示；虚拟频谱仪模块，与高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器信号的功率谱分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显示；虚拟场强仪模块，与高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包括的应答器信号的场强进行分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显示；误码率分析仪模块，与高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包括的应答器信号的误码率进行分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显
/Jn ο上述检测系统中，检测分析处理装置的分析处理单元还包括报表处理模块，与高速数据采集装置连接，用于对分析处理后得出的结果进行汇总输出。上述检测系统中的高速数据信号采集装置(可采用高速数据信号采集板，将各电路模块设置在高速数据信号采集板上)可以完成对应答器上传链路信号的幅度和波形进行采样、测量，对采集的高速采样数据做缓存，并用高速串行通路(包括且不限于光纤、以太网、USB接口)或者高速并行接口(包括且不限于PCI接口和AGP接口)将数据传输到检测分析处理装置(可采用工控机实现)，并显示在检测分析处理装置的显示器上，显示内容包括应答器报文信息、FSK信号的误码率分析、应答器位置及链接关系等。检测分析处理装置可以完成对应答器用户信息进行详细分析及显示，并具备应答器链接失败或安装位置错误报警等功能；同时，该检测分析处理装置集成了虚拟仪器技术， 包括虚拟示波器模块(可模拟虚拟示波器)、虚拟场强仪模块(可模拟场强仪)、虚拟频谱仪模块(可模拟频谱仪)，可以对应答器Al信号进行示波器显示、场强分析计算、中心频率及偏移分析。并在该检测分析处理装置上完成了误码分析及相位显示模块，将直观的显示出接收到的FSK信号的误码率及相位。为了对信号进行更精密的测试，上述测试系统中，检测分析处理装置还可以设置频谱仪接口、示波器接口和场强仪接口，各接口分别与分析处理单元连接，分别有于外部的频谱仪、示波器、场强仪等仪器连接。本发明的测试系统可以用来测试分析应答器的工作电磁环境，在接收应答器的信号间隙，该检测系统可分别在动态和静态条件下，对在500K 7M间的所有干扰信号进行检测，包括对干扰信号的波形、频谱、信号强度等进行测试分析。该检测系统可以在不借助其它复杂测试仪器，对可能影响应答器的接收性能的干扰源和干扰信号进行检测分析，并生成分析结果的报告。本发明的检测系统不但可实现除BTM主机具备的功能外，还可以实现
(I)可以有效地接收应答器报文，不出现漏检、误检等故障；(2)应答器发出的信号在接触区(Contact Zone)、旁瓣区和串扰区的电磁场测(3)应答器发出信号的电特性的测量，包括FSK信号的中心频率、信号频偏，符号间相位等的测量；(4)应答器综合检测系统有8个缓存，用于存储一组最多8个应答器的报文数据， 这就保证了在报文有效时段内，不会丢失报文数据，并且顺序报告报文；(5)实时解析地面应答器报文中的用户信息包，显示整条线路地面应答器的链接关系以及接收情况；(6)还原地面应答器上行链路信号的工作波形；(7)对地面应答器上行链路信号的频谱统计分析，检验FSK信号的工作频点频率和中心频点；(8)显示地面应答器周围的电磁环境信息；(9)显示应答器报文数据的误码率曲线图，检测不同速度和电磁环境下应答器报文传输情况；(10)统计地面应答器上行链路信号的波形包络；(11)统计地面应答器上行链路信号的数据平均传输速率；(12)统计地面应答器上行链路信号的带宽、振幅以及功率；(13)统计地面应答器报文的接收情况，其中包含报文比特总数、报文总个数、报文错误比特总数、报文平均误码率、报文正确比特的起始位置、报文中最大连续正确比特总数和最大有效报文个数；统计地面应答器上行链路信号的最大时间间隔误差(MTIE)，其中包括MTIEl和 MTIE2。本发明实施例的检测系统可完成接收传输应答器数据报文的基础上，对应答器用户信息进行分析及显示，并对应答器信号在现场高速运行以及不同时间环境条件下的工作特点进行检测分析，包括应答器上行链路信号的电气特性分析，以及频谱分析、能量分析、 报文误码率分析等，为应答器的应用提供有效的参考依据，最终实现对应答器电气特性参数的智能综合分析处理。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种高速铁路应答器综合检测系统，包括BTM主机，与BTM主机通信连接的BTM天线和ATP，其特征在于，该系统还包括高速数据采集装置，与BTM主机通信连接；以及检测分析处理装置，与所述高速数据采集装置通信连接；其中，所述高速数据采集装置包括阻抗匹配滤波器、自动增益模块、数模转换模块、主控制器、存储器组和信号幅度控制模块；所述阻抗匹配滤波器的输入端口，与所述BTM主机通信连接，接收所述BTM主机传送的应答器信号，阻抗匹配滤波器的输出端口经自动增益模块与所述数模转换模块连接；所述自动增益模块的输出端以模拟信号幅度判决方式经信号幅度控制模块回连至该自动增益模块的反馈接口；所述数模转换模块与所述主控制器连接；所述主控制器与所述存储器组连接，所述主控制器上设有经所述信号幅度控制模块回接至所述自动增益模块的反馈接口，所述主控制器上设有连接所述检测分析处理装置的传输接口 ；所述检测分析处理装置包括分析处理单元和与该分析处理单元连接的显示器；其中，分析处理单元用于对所述高速数据采集装置的输出数据进行分析处理，并将分析处理后得出的结果输出至显示器进行显示。
2.根据权利要求I所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述主控制器包括主控制模块、滤波器模块、FIFO管理模块、高速数据传输模块和FSK幅度检测模块；其中，滤波器模块设有两个输入端、一个输出端和一个反馈接口，第一输入端与所述数模转换模块连接，第二输入端连接主控制模块，输出端经FIFO管理模块与所述存储器组连接， 反馈接口与FSK幅度检测模块连接；主控制模块设有四个输出端和一个反馈接口，第一输出端与滤波器模块连接，第二输出端经FIFO管理模块与存储器组连接，第三输出端与存储器组连接，第三输出端与高速数据传输模块连接，反馈接口与FSK幅度检测模块的第二输出端连接；高速数据传输模块设有两个输入端、两个输出接口和反馈接口，第一输入端与主控制模块连接，第二输入端与存储器组连接，反馈接口与FSK幅度检测模块的第二输出端连接， 第一输出接口为串行传输接口，第二输出接口为并行传输接口 ；FSK幅度检测模块设有一个输入端和两个输出端，输入端与滤波器模块的反馈接口连接，第一输出端与所述信号幅度计算处理模块连接，第二输出端分别与主控制模块和高速数据传输模块连接。
3.根据权利要求2所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述主控制器的串行传输接口包括光纤、以太网、USB接口 ；所述并行传输接口包括PCI接口和AGP接□。
4.根据权利要求2所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，构成所述主控制器的所述滤波器模块、FIFO管理模块、主控制模块、高速数据传输模块和FSK幅度检测模块均封装在FPGA芯片中。
5.根据权利要求I所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述高速数据采集装置采用电路插板结构，插装在所述BTM主机的背板上，通过所述背板的总线与其它插装在背板上的电路板通信连接。
6.根据权利要求I所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述检测分析处理装置的分析处理单元包括报文解析处理模块、报表处理模块、虚拟示波器模块、虚拟频谱仪模块、虚拟场强仪模块和误码率分析仪模块；其中，所述报文解析处理模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器报文进行解析；所述虚拟示波器模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器信号的波形输出至所述显示器进行显示；所述虚拟频谱仪模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包含的应答器信号的功率谱分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显示；所述虚拟场强仪模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包括的应答器信号的场强进行分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显示；所述误码率分析仪模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对所述高速数据采集装置的输出数据中包括的应答器信号的误码率进行分析，并将分析结果输出至所述显示器进行显示。
7.根据权利要求5所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述检测分析处理装置的分析处理单元还包括所述报表处理模块，与所述高速数据采集装置连接，用于对分析处理后得出的结果进行汇总输出。
8.根据权利要求I或6所述的高速铁路应答器综合检测系统，其特征在于，所述检测分析处理装置还包括频谱仪接口、示波器接口和场强仪接口 ；所述频谱仪接口、示波器接口和场强仪接口分别与所述分析处理单元连接。
全文摘要
本发明公开一种高速铁路应答器综合检测系统，属铁路设备检测领域。该系统包括BTM主机，与BTM主机通信连接的BTM天线和ATP，还包括与BTM主机通信连接的高速数据采集装置，和经BTM主机与所述高速数据采集装置通信连接的检测分析处理装置。该系统在列车高速运行条件下由高速数据采集装置完成对应答器信号的高速采集，通过检测分析处理装置完成对高速数据采集装置采集并处理后的应答器信号进行分析处理后，通过检测分析处理装置显示应答器信号的波形、频谱、详细报文信息以及特性指标等内容，该检测系统可适用于时速不小于350km的高速铁路环境，对高速列车的应答器系统进行准确检测，保证应答器系统可靠工作。
文档编号H04B17/00GK102594466SQ20121001821
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者吕旌阳, 徐宁, 杨志杰, 王丁, 王瑞, 王财进 申请人:中国铁道科学研究院通信信号研究所, 北京市华铁信息技术开发总公司, 北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司