一种高速铁路应答器变化规律检测系统及其方法与流程

本发明属于铁路信号设备检测领域，具体涉及一种在列车运行过程中实时检测地面应答器设备参数并分析应答器参数变化规律的系统及其方法。

背景技术：

应答器是列车运行控制系统中的重要基础设备之一。在ctcs-2列控系统中，通过使用应答器设备向车载设备传输大量的点式信息，如线路速度、线路坡度、轨道电路数据、临时限速等信息，根据地面提供的信息以及轨道电路提供的区段空闲信息，列控车载设备控制列车高速、安全运行。在现场应用中，时有应答器信息丢失现象，只能从应答器安装及应用环境检查，利用现有测试仪器和设备对应答器使用状态的判断，检测结果也只有好、坏两种，对应答器的参数特性及其状态变化规律没有其他测试、排查手段。从应答器的状态变化、参数特性方面深入研究，开发出一套应答器状态变化、能量监测装置，成为了一项亟待解决的问题。

“高速铁路应答器规律检测系统”，利用无线测试技术、场强测试技术、射频测试技术、频率分析技术对应答器物理参数的变化进行监测，总结地面应答器物理特性、状态变化的规律，便于及时分析、判断、处理问题；利用所属轨道综合巡检车，周期性对高铁线路进行巡检，这样就能对应答器日常监测和定期检测，及时发现、克服了因应答器性能改变、指标性能下降而造成的运输安全隐患，为铁路的安全运行提供更可靠的判断依据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高速铁路应答器变化规律检测系统及其方法，实现在轨道综合巡检车通过地面应答器时，检测采集应答器的状态变化、参数特性，并根据采集数据对应答器性能参数进行预警分析、显示。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高速铁路应答器变化规律检测系统，它包括应答器检测主机、应答器检测天线、网络交换机、检测分析处理机、显示单元；所述应答器检测天线与应答器检测主机相连接；所述网络交换机分别与应答器检测主机、检测分析处理机相连接；所述检测分析处理机与显示单元相连接；

所述应答器检测天线，用于向地面应答器发送27.095mhz功率载频信号，同时接收地面应答器发送的报文信息和应答器参数信息；

所述应答器检测主机，用于输出27.095mhz功率载频信号，同时对接收的应答器报文数据、应答器参数信息进行解析并传输至检测分析处理机；

所述检测分析处理机，用于对采集的应答器报文信息、参数信息进行分析、趋势预警及检测信息实时显示，同时能够对历史检测数据进行回放；

所述显示单元，用于提供人机操作界面显示接口。

所述应答器检测天线，为全双工的收发天线，通过安装支架固定在轨道综合巡检车车底；所述应答器检测天线，通过同轴射频电缆与应答器检测主机相连接。

所述应答器检测主机，采用组匣机架式结构，安装在综合检测车的专用机柜内，包括电源模块、功放模块、接收模块、解码模块、通讯模块、参数检测模块；所述应答器检测主机各模块，通过内部总线板进行连接；

所述电源模块，用于将输入ac180v～ac244v电源转换为各模块所需dc24v、dc12v以及dc5v电源；

所述功放模块，用于产生27.095mhz功率信号并传输至应答器检测天线；

所述接收模块，用于对应答器检测天线接收的应答器报文信号进行解调处理并传输至解码模块；

所述解码模块，用于对接收模块输出信号进行解码，生成应答器用户报文并传输至通讯模块；

所述通讯模块，用于接收解码模块传输应答器报文数据，并传输至检测分析处理机；

所述参数检测模块，用于采集应答器发送的信号频率信息、报文信息和信号包络信息。

一种高速铁路应答器变化规律检测系统的方法，它包含如下步骤：

①、由应答器检测主机输出27.095mhz功率载频信号，并通过应答器检测天线传输至地面应答器；

②、由应答器检测主机接收地面应答器发射的报文信息、信号参数特性信息，并传输至检测分析处理机；

③、检测分析处理机对接收的应答器报文信息、应答器参数信息进行处理，同时结合外部综合处理机传输的应答器位置信息、机车速度信息进行分析、保存，最后通过显示单元进行实时显示。

步骤1中，所述应答器检测主机，设备开启后，持续输出27.095mhz功率载频信号，并通过应答器检测天线发射至地面；同时，在轨道综合检测车通过应答器上方时，应答器检测天线接收地面应答器返回的3.9mhz/4.5mhz的fsk信号并将信号通过天线电缆传输至应答器检测主机。

步骤2中，所述应答器检测主机，包括电源模块、功放模块、接收模块、解码模块、通讯模块、参数检测模块；

所述功放模块，用于产生27.095mhz功率信号并通过天线线缆传输至应答器检测天线；

所述接收模块，用于对应答器检测天线接收的fsk信号进行处理、解调，经处理后信号传输至解码模块；同时接收模块通过软件实时检测自身工作状态，并通过底板rs485总线发送到通讯模块；

所述解码模块，主要完成接收模块传输的fsk信号的解码，生成应答器用户报文，同时解码模块实时检测自身工作状态并通过底板的rs485总线发送到通讯模块；

所述参数检测模块，将地面应答器发射的信号进行滤波和线性放大，然后分为两路，一路继续进行线性放大，经过adc采样转换为包络数据送给处理器；另外一路经过自动增益放大后进行a/d转换，转换为fsk信号后送给处理器进行解调和预处理；经处理后信号由通讯模块转发至检测分析处理机；所述参数检测模块经处理后信息，包括：信号包络信息、报文信息和频率信息；

所述通讯模块，用于接收解码模块、参数检测模块分别传输的应答器报文信息、信号参数特性信息，并传输至检测分析处理机、外部综合分析处理机；所述信号参数特性信息包括信号包络信息、报文信息和频率信息。

步骤3中，所述检测分析处理机，内置检测分析处理软件，该软件主要对应答器物理参数信息的综合采集分析、处理、显示、统计和对比，通过比较应答器的物理特性变化，判断、分析应答器状态参数变化规律情况；同时检测分析处理软件提供数据历史回放功能，能够对历史数据进行再现显示；检测分析处理软件包括实时检测模块、综合分析模块、回放分析模块；

所述实时检测模块，用于将接收应答器报文数据、应答器物理参数信息、交路信息、里程信息、速度信息，并对接收信息进行解析，获得应答器上边频信息、下边频信息、信号包络与噪声干扰信息、应答器报文信息；所述交路信息、里程信息、速度信息获取，通过接口从外部综合分析处理机获取；所述外部综合分析处理机，用于提供列车运行交路信息、里程位置信息、速度信息；

所述综合分析模块，用于对检测的应答器上边频信息、下边频信息、信号包络与噪声干扰信息、应答器报文信息进行分析，分析应答器数据传输误码率、调制速率、原始码流、总比特数；同时对检测的应答器物理特性根据设定参数限值进行预警，对失效应答器进行报警；

所述回放分析模块，用于回放再现检测应答器历史记录信息；

所述应答器物理参数信息，包括被检测地面应答器的信号包络、信号载频、上边频、下边频、调制速率、应答器数据传输误码率、原始码流、应答器报文、总比特数；

所述调制速率，主要测试应答器数据的传输调制速度；

所述应答器总比特率，用于显示应答器数据量的大小；数值越大，反映数据应答器报文数据传输速率越快；

所述应答器数据统计，按照应答器名称、检测日期统计显示出信号频率、比特率的数值，同时能够显示不同检测日期的同一应答器的参数值。

采用上述技术方案的本发明，它具有以下优点：

(1)本发明采用无线测试技术、场强测试技术、射频测试技术、频率分析技术对应答器物理参数的变化进行监测，记录地面应答器物理特性、状态变化的规律，便于及时分析、判断、处理问题。

(2)本发明利用现有轨道综合巡检车，周期性对线路进行巡检，这样就能对应答器日常监测和定期检测，及时发现、克服了因应答器性能改变、指标性能下降而造成的运输安全隐患，为铁路的安全运行提供更可靠的判断依据。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的应答器检测数据上传流程图。

图3为本发明的检测分析软件结构图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高速铁路应答器变化规律检测系统，它包括应答器检测天线、应答器检测主机、网络交换机、检测分析处理机、显示单元；所述应答器检测天线与应答器检测主机相连接；所述网络交换机分别与应答器检测主机、检测分析处理机相连接；所述检测分析处理机与显示单元相连接；

当检测列车通过地面应答器时，应答器检测天线向地面应答器发送27.095mhz功率载频信号，地面应答器激活后发送应答器报文信息，应答器检测天线接收地面应答器发送的报文信息和应答器物理参数信息并传输至应答器检测主机；应答器检测主机一方面输出27.095mhz功率载频信号，同时对接收的应答器报文数据、应答器参数信息进行解析并传输至检测分析处理机；检测分析处理机对采集的应答器报文信息、参数信息进行处理、分析及趋势预警，同时能够对历史检测数据进行回放；显示单元提供人机操作界面，实时对检测信息进行显示。

所述应答器检测天线，为全双工的收发天线，通过安装支架固定在轨道综合巡检车车底；所述应答器检测天线，通过同轴射频电缆与应答器检测主机相连接。

所述应答器检测主机，采用组匣机架式结构，安装在综合检测车的专用机柜内，包括电源模块、功放模块、接收模块、解码模块、通讯模块、参数检测模块；所述应答器检测主机各模块，通过内部总线板进行连接；

所述电源模块，用于将输入ac180v～ac244v电源转换为各模块所需dc24v、dc12v以及dc5v电源；

所述功放模块，用于产生27.095mhz功率信号并传输至应答器检测天线；

所述接收模块，用于对应答器检测天线接收的应答器报文信号进行解调处理并传输至解码模块；

所述解码模块，用于对接收模块输出信号进行解码，生成应答器用户报文并传输至通讯模块；

所述通讯模块，用于接收解码模块传输应答器报文数据，并传输至检测分析处理机；

所述参数检测模块，用于采集应答器发送的信号频率信息、报文信息和信号包络信息。

一种高速铁路应答器变化规律检测系统的方法，它包含如下步骤：

①、由应答器检测主机输出27.095mhz功率载频信号，并通过应答器检测天线传输至地面应答器；

②、由应答器检测主机接收地面应答器发射的报文信息、信号参数特性信息并传输至检测分析处理机；

③、检测分析处理机对接收的应答器报文信息、应答器参数信息进行处理，同时结合外部综合处理机传输的应答器位置信息、机车速度信息进行分析、保存，最后通过显示单元进行实时显示。

步骤1中，所述应答器检测主机，设备开启后，持续输出27.095mhz功率载频信号，并通过应答器检测天线发射至地面；同时，在轨道综合检测车通过应答器上方时，应答器检测天线接收地面应答器返回的3.9mhz/4.5mhz的fsk信号并将信号通过天线电缆传输至应答器检测主机。

步骤2中，所述应答器检测主机，包括电源模块、功放模块、接收模块、解码模块、通讯模块、参数检测模块；

所述功放模块，用于产生27.095mhz功率信号并通过天线线缆传输至应答器检测天线；

所述接收模块，用于对应答器检测天线接收的fsk信号进行处理、解调，经处理后信号传输至解码模块；同时接收模块通过软件实时检测自身工作状态，并通过底板rs485总线发送到通讯模块；

所述解码模块，主要完成接收模块传输的fsk信号的解码，生成应答器用户报文，同时解码模块实时检测自身工作状态并通过底板的rs485总线发送到通讯模块；

所述参数检测模块，将地面应答器发射的信号进行滤波和线性放大，然后分为两路，一路继续进行线性放大，经过adc采样转换为包络数据送给处理器；另外一路经过自动增益放大后进行a/d转换，转换为fsk信号后送给处理器进行解调和预处理；经处理后信号由通讯模块转发至检测分析处理机；所述参数检测模块经处理后信息，包括：信号包络信息、报文信息和频率信息；

所述通讯模块，用于接收解码模块、参数检测模块分别传输的应答器报文信息、信号参数特性信息，并传输至检测分析处理机、外部综合分析处理机；所述信号参数特性信息包括信号包络信息、报文信息和频率信息。

步骤3中，所述检测分析处理机，内置检测分析处理软件，该软件主要对应答器物理参数信息的综合采集分析、处理、显示、统计和对比，通过比较应答器的物理特性变化，判断、分析应答器状态参数变化规律情况；同时检测分析处理软件提供数据历史回放功能，能够对历史数据进行再现显示；如图3所示，检测分析处理软件包括实时检测模块、综合分析模块、回放分析模块；

实时检测模块将接收应答器报文数据、应答器物理参数信息、交路信息、里程信息、速度信息，并对接收信息进行解析，获得应答器上边频信息、下边频信息、信号包络与噪声干扰信息、应答器报文信息；所述交路信息、里程信息、速度信息获取，通过接口从外部综合分析处理机获取；所述外部综合分析处理机，用于提供列车运行交路信息、里程位置信息、速度信息；

所述综合分析模块，用于对检测的应答器上边频信息、下边频信息、信号包络与噪声干扰信息、应答器报文信息进行分析，分析应答器数据传输误码率、调制速率、原始码流、总比特数；同时对检测的应答器物理特性根据设定参数限值进行预警，对失效应答器进行报警；

所述回放分析模块，用于回放再现检测应答器历史记录信息；

所述应答器物理参数信息，包括被检测地面应答器的信号包络、信号载频、上边频、下边频、调制速率、应答器数据传输误码率、原始码流、应答器报文、总比特数；

所述调制速率，主要测试应答器数据的传输调制速度；

所述应答器总比特率，用于显示应答器数据量的大小；数值越大，反映数据应答器报文数据传输速率越快；

所述应答器数据统计，按照应答器名称、检测日期统计显示出信号频率、比特率的数值，同时能够显示不同检测日期的同一应答器的参数值。

本发明采用无线测试技术、场强测试技术、射频测试技术、频率分析技术对应答器物理参数的变化进行监测，总结地面应答器物理特性、状态变化的规律，便于及时分析、判断、处理问题。

本发明利用现有轨道综合巡检车，周期性对线路进行巡检，这样就能对应答器日常监测和定期检测，及时发现、克服了因应答器性能改变、指标性能下降而造成的运输安全隐患，为铁路的安全运行提供更可靠的判断依据。