關于應答器接收天線的安裝位置探討

徐效寧，褚伊郎君，劉 磊，朱建設

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵路上海局集團有限公司電務部，上海 200071）

1 概述

應答器接收天線是列控車載的外圍設備，它通過向地面應答器發送射頻能量，接收應答器的上行鏈路信號并發送給應答器信息接收單元。車載設備技術條件規定，應答器接收天線應安裝在動車組車體底部的橫向中心線上，但對于縱向安裝位置沒有明確要求。目前，我國動車組第一輪對的前方安裝軌道電路接收天線，應答器接收天線安裝在第一輪對后方。而根據不同型號動車組的安裝條件，應答器接收天線的實際安裝位置大多不同，車載設備在參數中進行配置，以便主機軟件進行換算處理。

但是，地面應答器布置時會考慮應答器接收天線相對于列車前端的距離，所以安裝位置也不能僅根據車輛條件隨意確定。例如，地面應答器發送調車危險、目視危險或絕對停車包要求車載設備立即制動，如果天線安裝位置過于靠后，當車載設備收到應答器報文時，列車前端越過距離過長，可能達不到預期的防護效果。

另外，隨著LKJ-15 型列車運行監控裝置、新一代軌道車運行控制設備GYK 使用應答器數據進行控車以及未來CTCS-1/4 級列控系統的功能需求，機車也會安裝應答器接收天線。通常一臺機車只裝備一套LKJ/GYK 主機，兩端各配置一個顯示器，即一套設備用于機車雙向運行。這與動車組有一定區別，因此也有必要分析天線在機車的安裝位置。

本文研究了ETCS 的相關規范，并結合CTCS地面應答器的布置原則，對應答器接收天線在動車組和機車的安裝位置進行研究。

2 ETCS規范分析

2.1 應答器接收天線位置

ETCS 規范子集SUBSET-040 對應答器接收天線的安裝位置進行了規定。如圖1 所示，在滿足電磁環境的前提下，應答器接收天線中心點的位置距離列車前端不應小于2 m，距離第一軸不應大于12.5 m。

圖1 ETCS應答器接收天線允許安裝位置Fig.1 Allowed installation position for balise antenna in ETCS

距離第一軸不應大于12.5 m 的規定，主要考慮機車雙方向運行，并為不同車型預留了足夠的安裝空間。而距離列車前端不應小于2 m 的規定則是考慮車輛編組的場景。如圖2 所示，當應答器接收天線的中心位置距列車前端不小于2 m 時，根據應答器的串擾防護指標，可以保證天線A1 不會收到天線A2 激勵的應答器B2 信號，同時也避免天線A2 激勵到應答器B1 造成信號干擾。

圖2 到列車前端最小距離的設置目的Fig.2 Aim of setting the minimum distance to train front

2.2 地面應答器工程原則

根據上述分析，ETCS 應答器接收天線的安裝位置是基于車輛的安裝條件和應答器的接收特性確定。ETCS 地面工程設計就要考慮天線安裝位置可能造成的影響，SUBSET-040 有3 條相關規則。

1）在ETCS-1 級系統中，對于設置在運營停車點后方的有源應答器，其位置距離運營停車點不應大于0.7 m。

如圖3 所示，這條規則是保證運營停車點的列車不應收到停車點至EOA 范圍內的應答器報文。SUBSET-036 規定，應答器旁瓣區是1.3 m，當天線距離應答器中心點超過1.3 m 時，不應收到該應答器的信號。0.7 m 是應答器接收天線距列車前端的最小2 m 減去旁瓣區1.3 m 得到。

圖3 停車點距組內第一個應答器位置Fig.3 Stopping point relative the 1st balise of group

2）當應答器組最后一個應答器提供行車許可、立即等級轉換命令或目視危險信息包時，該應答器與EOA/LOA 之間的最小距離為1.3 m 加上Tn時間內列車按線路最大允許速度的走行距離。Tn根據SUBSET-036 4.2.9 條確定，所有車載設備從天線越過應答器中心點1.3 m 到ERTMS/ETCS 主機收到該報文的時間都不應大于該值。

對于ETCS-2/3 級的等級轉換命令，應答器接收天線與列車前端的距離也應當考慮在內，即12.5 m 加上所有類型列車前端至第一軸的最大值。

這條規則是保證，車載設備在在列車越過EOA/LOA 或轉換邊界前，收到MA 延長、等級轉換命令或目視危險信息包。

3）在ETCS-1 級系統中，如果列車從一個區段進入下一區段的過程會影響有源應答器的報文，那么有源應答器應設置在下一區段占用檢查裝置檢測開始點的后方至少13.8 m 處。

如圖4 所示，這條規則目的是，當地面檢測到列車進入N+1 區段，有源應答器B1 發送新的報文時，應答器接收天線不應收到該應答器的信號。13.8 m 是根據應答器旁瓣區1.3 m 和應答器接收天線距第一軸最大12.5 m 的安裝位置確定。

圖4 列車跨區段的過程Fig.4 Transition from one block to the following one

3 應答器接收天線安裝位置

3.1 應答器接收天線位置

《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）4.2.5 節定義了CTCS 應答器傳輸系統的串擾防護功能，在綜合考慮應答器輸入/輸出特定、應答器磁場一致性、車載設備磁場輻射的最不利情況下，如表1 所示的范圍內不應出現串擾。

通過與ETCS 規范子集SUBSET-036 對比，CTCS 與ETCS 的串擾區定義具體指標是相同的。應答器傳輸系統的串擾防護功能,決定了應答器接收天線距離列車前端的最小距離。所以，考慮到CTCS 與其他列控系統的互聯互通，建議CTCS 關于應答器接收天線的安裝位置與ETCS 保持一致，即：應答器接收天線中心點距離列車前端不應小于2 m，距離第一軸不應大于12.5 m。

因為機車需要雙向運行，在遵循上述原則的前提下，建議應答器接收天線盡量安裝在機車底部的中間位置。

而動車組每一端都安裝了車載設備，車載設備不需要考慮雙向運行，因此，在應答器接收天線中心點距離列車前端不應小于2 m 的前提下，建議天線盡量靠近列車前端安裝。這樣，車載設備可以提前收到應答器，提高特殊場景下的防護能力，具體原因在下一節分析。

表1 串擾區的定義Tab.1 Def inition of cross-talk protected zone

3.2 地面應答器應用原則

根據《列控系統應答器應用原則》（TB/T 3484-2017），部分類型的應答器組和信號機的距離如表2所示。

表2 應答器組與信號機的距離Tab.2 Distance between balise group and signals

當車載設備處于完全監控或閉口控制的引導等模式時，應答器接收天線的安裝位置沒有影響。但在目視、調車或只有固定模式曲線的引導模式時，因為車載設備沒有目標距離模式曲線，所以應答器的接收時機會對控車有一定影響。

以表2 中到發線為例，出站應答器組距信號機按最小20 m 考慮。假設應答器接收天線位置距第一軸12.5 m， 第一軸距列車前端4.9 m，當車載設備收到出站應答器組時，列車前端距出站信號機僅余2.6 m（不考慮傳輸延時）。按照目視模式的允許速度，列車有可能冒進出站信號機。如果應答器接收天線靠近列車前端安裝，那么車載設備就可以提前收到出站應答器，及早做出反應。

需要指出的是，上述場景各種條件均按最不利情況理論假設。實際上，目前動車組上應答器接收天線的安裝位置距列車前端遠小于12.5 m，出站信號機和警沖標之間設有安全距離，保證列車冒進信號機時的行車安全。并且，實際運營時車載設備處于完全監控模式，EOA 與信號機之間還有安全距離，列車也不會冒進信號機。

4 總結

本文通過研究ETCS 和CTCS 的相關規范，對應答器接收天線的安裝位置進行了探討。同時，針對動車組和機車的特點，本文給出了不同的建議，并結合地面應答器應用原則進行了分析，為應答器接收天線的安裝標準提供一定的參考。