BTM智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

劉 迪

(中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司，哈爾濱 150000)

應(yīng)答器傳輸模塊（BTM）是CTCS-2/3級(jí)列控車載系統(tǒng)ATP設(shè)備的重要組成單元。BTM包括安裝在動(dòng)車組車廂ATP機(jī)柜內(nèi)的BTM主機(jī)、安裝在動(dòng)車組頭車車底的BTM天線以及二者之間的通信電纜。BTM的主要功能是發(fā)送27.095 MHz的下行功率連續(xù)波，當(dāng)列車經(jīng)過地面應(yīng)答器時(shí)，該功率波能激活應(yīng)答器，作為應(yīng)答器的工作能量，使應(yīng)答器能夠?qū)⒋鎯?chǔ)在內(nèi)部的行車報(bào)文信息通過4.2 MHz的上行FSK調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去。BTM天線接收到地面應(yīng)答器發(fā)送的上行FSK調(diào)制信號(hào)后，經(jīng)過解調(diào)、解碼等處理，將行車報(bào)文信息解析完成后發(fā)送給ATP主機(jī)。BTM工作原理如圖1所示。

圖1 應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)原理Fig.1 Schematic diagram of BTM

1 BTM運(yùn)用現(xiàn)狀

BTM故障可能會(huì)導(dǎo)致ATP無法接收到地面應(yīng)答器的報(bào)文信息，從而導(dǎo)致停車或制動(dòng)的情況。BTM故障主要分為顯性功能類故障和隱性性能類故障兩大類，功能類故障主要指BTM主機(jī)電源、解碼板、發(fā)射模塊、軟件等故障，該故障會(huì)造成應(yīng)答器數(shù)據(jù)的連續(xù)丟失；性能類故障主要指BTM發(fā)射模塊、天線性能因器件性能下降或電磁干擾導(dǎo)致的工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致部分應(yīng)答器數(shù)據(jù)丟失等隱性功能故障。

為確保行車秩序，各路局及科研單位一直致力于研究BTM故障的檢測(cè)及解決方法。通過近幾年的集中整治，BTM功能類故障已經(jīng)取得了明顯整治效果。但BTM性能類故障受限于檢測(cè)手段缺乏、檢測(cè)條件困難，一直發(fā)展緩慢。基于BTM性能檢測(cè)在運(yùn)用維護(hù)過程中迫切需要，研究一種用于BTM性能檢測(cè)的智能檢測(cè)系統(tǒng)，用于提供一種便利的BTM性能參數(shù)、變化趨勢(shì)檢測(cè)手段，并在檢測(cè)到BTM性能下降及時(shí)報(bào)警，為BTM的預(yù)防修和趨勢(shì)修提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 BTM測(cè)試方法比選

目前針對(duì)BTM及天線的性能測(cè)試主要有專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、室內(nèi)測(cè)試臺(tái)和庫(kù)內(nèi)測(cè)試工裝測(cè)試3種。不同測(cè)試方法的測(cè)試重點(diǎn)、運(yùn)用場(chǎng)景及優(yōu)缺點(diǎn)不同，如表1所示。

從表1中分析可知，目前運(yùn)用的BTM測(cè)試方法均不適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用場(chǎng)景下的智能便利檢測(cè)、動(dòng)車組BTM全覆蓋檢測(cè)、BTM主要性能參數(shù)檢測(cè)、大數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)檢測(cè)等設(shè)備運(yùn)用維護(hù)目標(biāo)。因此，需要研究一種車-地配合的智能檢測(cè)方式，通過地面固定地點(diǎn)部署檢測(cè)設(shè)備，在動(dòng)車組運(yùn)行經(jīng)過檢測(cè)設(shè)備時(shí)，實(shí)現(xiàn)BTM主要性能指標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)傳輸、存儲(chǔ)、分析和趨勢(shì)分析。

表1 BTM測(cè)試方法比對(duì)Tab.1 Comparison of BTM testing methods

3 BTM測(cè)試項(xiàng)目選擇

目前BTM各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求，在《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3485-2017）有明確規(guī)定；對(duì)應(yīng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試要求，在《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)測(cè)試規(guī)范》（TB/T 3544-2018）中要有詳細(xì)要求。通過對(duì)BTM各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的重要性及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用場(chǎng)景下檢測(cè)項(xiàng)目的可行性和便利性進(jìn)行綜合研究對(duì)比分析，從BTM下行發(fā)射信號(hào)符合度及BTM對(duì)應(yīng)答器上行信號(hào)接收靈敏度兩個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)，具體包含下行鏈路發(fā)射信號(hào)中心頻率檢測(cè)，下行鏈路信號(hào)發(fā)射能量檢測(cè)，上行鏈路信號(hào)上頻偏檢測(cè)，下頻偏檢測(cè)及上行鏈路信號(hào)作用區(qū)的傳輸Iu1檢測(cè)項(xiàng)目等，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用當(dāng)BTM設(shè)備異常時(shí)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析需求。

4 各項(xiàng)目測(cè)試原理

4.1 下行發(fā)射信號(hào)中心頻率檢測(cè)

4.1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.2節(jié) 要求，BTM天 線射頻能量信號(hào)應(yīng)為連續(xù)（CW）信號(hào)，磁場(chǎng)頻率為27.095 MHz±5 kHz。

4.1.2 測(cè)試方法

在道心設(shè)置參考環(huán)，當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行通過時(shí)，接收車底BTM天線發(fā)出的下行發(fā)射信號(hào)，接入軌旁分析設(shè)備，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、分析后，得到下行信號(hào)的中心頻率。測(cè)試原理如圖2所示。

圖2 下行發(fā)射信號(hào)頻率檢測(cè)原理示意Fig.2 Schematic diagram of testing of downlink transmitting signal frequency

4.1.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

若檢測(cè)到的下行信號(hào)中心頻率在27.095 MHz± 5 kHz范圍內(nèi)，判定合格；若不在該范圍內(nèi)，判定不合格。

4.2 下行發(fā)射信號(hào)能量檢測(cè)

4.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.1節(jié)要求，BTM天線單元產(chǎn)生磁場(chǎng)將能量傳送給地面應(yīng)答器，使應(yīng)答器能獲得足夠的能量并提供輸出信號(hào)，與發(fā)出磁場(chǎng)的天線單元形成作用范圍。

4.2.2 測(cè)試方法

在道心設(shè)置參考環(huán)，當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行通過時(shí)，接收車底BTM天線發(fā)出的下行發(fā)射信號(hào)，接入軌旁分析設(shè)備，計(jì)算該信號(hào)的功率。

4.2.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

下行信號(hào)的發(fā)射功率如果太小，可能會(huì)導(dǎo)致不能激活應(yīng)答器；下行信號(hào)的發(fā)射功率如果太大，又可能導(dǎo)致激活相鄰應(yīng)答器。因不同廠家的BTM天線發(fā)射功率是與BTM天線安裝高度與匹配性等因素相關(guān)，沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，因此針對(duì)該項(xiàng)目的檢測(cè)，可采用一車一標(biāo)定的方式。測(cè)試設(shè)備采集并記錄動(dòng)車組每次通過檢測(cè)設(shè)備的發(fā)射功率，并自動(dòng)將最近一段時(shí)間的測(cè)試結(jié)果通過加權(quán)平均方式，獲得該車端BTM天線的發(fā)射能量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某次的檢測(cè)結(jié)果相較這一標(biāo)準(zhǔn)變化超過±20%時(shí)，可判定該BTM的發(fā)射能量有異常，需要拆下進(jìn)一步詳細(xì)測(cè)試；反之，判定正常。

4.3 上行鏈路信號(hào)上、下頻偏解析檢測(cè)

4.3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.1.1節(jié)求，BTM應(yīng)能對(duì)應(yīng)答器產(chǎn)生的上行鏈路信號(hào)進(jìn)行解析，上行鏈路磁場(chǎng)產(chǎn)生的載波信號(hào)的中心頻率應(yīng)為4.234 MHz±175 kHz。

4.3.2 測(cè)試方法

在道心分別設(shè)置兩個(gè)特殊測(cè)試應(yīng)答器，其中一個(gè)測(cè)試應(yīng)答器的上行鏈路載波信號(hào)的中心頻率設(shè)置為4.234 MHz+175 kHz；另一個(gè)測(cè)試應(yīng)答器的上行鏈路載波信號(hào)的中心頻率設(shè)置為4.234 MHz-175 kHz。當(dāng)動(dòng)車組通過這兩個(gè)測(cè)試應(yīng)答器時(shí)，ATP將接收到的應(yīng)答器報(bào)文傳輸給車載DMS設(shè)備, 車載DMS設(shè)備將報(bào)文信息實(shí)時(shí)傳輸至地面服務(wù)器用于測(cè)試結(jié)果判定。測(cè)試原理如圖3所示。

圖3 上行鏈路信號(hào)上、下頻偏檢測(cè)原理Fig.3 Schematic diagram of testing of uplink signal frequency deviation

4.3.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

若動(dòng)車組通過該兩個(gè)測(cè)試應(yīng)答器且BTM能正常解析該測(cè)試應(yīng)答器的報(bào)文，則判定BTM對(duì)上行鏈路信號(hào)的解析功能正常；若BTM不能正確解析某個(gè)測(cè)試應(yīng)答器的報(bào)文，則判定該車端BTM對(duì)該測(cè)試應(yīng)答器的上行鏈路信號(hào)頻偏范圍不支持。需要對(duì)該BTM拆下并進(jìn)一步詳細(xì)測(cè)試。

4.4 上行鏈路信號(hào)作用區(qū)的傳輸Iu1檢測(cè)

4.4.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.1.5節(jié)要求，當(dāng)BTM天線單元發(fā)出的磁通量在所定義的參考區(qū)域內(nèi)超過￠d1，應(yīng)答器應(yīng)開始工作，應(yīng)答器發(fā)出的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)高于環(huán)路電流Iu1標(biāo)識(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)輸入信號(hào)小于￠d1時(shí)，應(yīng)答器的輸出應(yīng)被認(rèn)為是非指定的屬性。

4.4.2 測(cè)試方法

在道心設(shè)置特殊測(cè)試應(yīng)答器，對(duì)該應(yīng)答器的電氣參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、設(shè)置，使該應(yīng)答器固定發(fā)出環(huán)路電流為Iu1的上行鏈路信號(hào)，即模擬一個(gè)上行傳輸信號(hào)能量最弱應(yīng)答器。當(dāng)動(dòng)車組通過該測(cè)試應(yīng)答器時(shí)，ATP將接收到的應(yīng)答器報(bào)文傳輸給車載DMS設(shè)備，車載DMS設(shè)備將報(bào)文信息實(shí)時(shí)傳輸至地面服務(wù)器用于測(cè)試結(jié)果判定。

4.4.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

若動(dòng)車組通過該測(cè)試應(yīng)答器且BTM能正常解析應(yīng)答器的報(bào)文，則判定BTM對(duì)最弱應(yīng)答器的解析功能正常，滿足最低靈敏度性能判斷標(biāo)準(zhǔn)；反之，則判定該車端BTM對(duì)最弱應(yīng)答器的解析功能異常，即接收靈敏度不足。需要對(duì)該BTM拆下進(jìn)一步詳細(xì)測(cè)試。

5 結(jié)束語

BTM的測(cè)試方法、測(cè)試項(xiàng)目、各項(xiàng)目的測(cè)試原理已經(jīng)基本明確，還需結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)據(jù)處理方法及現(xiàn)場(chǎng)施工條件等，進(jìn)一步研究BTM智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證運(yùn)用效果。