劉 迪
(中國鐵路哈爾濱局集團有限公司,哈爾濱 150000)
應(yīng)答器傳輸模塊(BTM)是CTCS-2/3級列控車載系統(tǒng)ATP設(shè)備的重要組成單元。BTM包括安裝在動車組車廂ATP機柜內(nèi)的BTM主機、安裝在動車組頭車車底的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,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υ趦?nèi)部的行車報文信息通過4.2 MHz的上行FSK調(diào)制信號發(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)制信號后,經(jīng)過解調(diào)、解碼等處理,將行車報文信息解析完成后發(fā)送給ATP主機。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
BTM故障可能會導(dǎo)致ATP無法接收到地面應(yīng)答器的報文信息,從而導(dǎo)致停車或制動的情況。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主機電源、解碼板、發(fā)射模塊、軟件等故障,該故障會造成應(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手段缺乏、檢測條件困難,一直發(fā)展緩慢?;贐TM性能檢測在運用維護過程中迫切需要,研究一種用于BTM性能檢測的智能檢測系統(tǒng),用于提供一種便利的BTM性能參數(shù)、變化趨勢檢測手段,并在檢測到BTM性能下降及時報警,為BTM的預(yù)防修和趨勢修提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
目前針對BTM及天線的性能測試主要有專業(yè)實驗室、室內(nèi)測試臺和庫內(nèi)測試工裝測試3種。不同測試方法的測試重點、運用場景及優(yōu)缺點不同,如表1所示。
從表1中分析可知,目前運用的BTM測試方法均不適合現(xiàn)場運用場景下的智能便利檢測、動車組BTM全覆蓋檢測、BTM主要性能參數(shù)檢測、大數(shù)據(jù)變化趨勢檢測等設(shè)備運用維護目標(biāo)。因此,需要研究一種車-地配合的智能檢測方式,通過地面固定地點部署檢測設(shè)備,在動車組運行經(jīng)過檢測設(shè)備時,實現(xiàn)BTM主要性能指標(biāo)的自動檢測,檢測結(jié)果的自動傳輸、存儲、分析和趨勢分析。
表1 BTM測試方法比對Tab.1 Comparison of BTM testing methods
目前BTM各項技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計要求,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;對應(yīng)各項技術(shù)指標(biāo)的測試要求,在《應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)測試規(guī)范》(TB/T 3544-2018)中要有詳細要求。通過對BTM各項技術(shù)指標(biāo)的重要性及現(xiàn)場運用場景下檢測項目的可行性和便利性進行綜合研究對比分析,從BTM下行發(fā)射信號符合度及BTM對應(yīng)答器上行信號接收靈敏度兩個方面進行檢測,具體包含下行鏈路發(fā)射信號中心頻率檢測,下行鏈路信號發(fā)射能量檢測,上行鏈路信號上頻偏檢測,下頻偏檢測及上行鏈路信號作用區(qū)的傳輸Iu1檢測項目等,能夠滿足現(xiàn)場運用當(dāng)BTM設(shè)備異常時對檢測數(shù)據(jù)分析需求。
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 線射頻能量信號應(yīng)為連續(xù)(CW)信號,磁場頻率為27.095 MHz±5 kHz。
4.1.2 測試方法
在道心設(shè)置參考環(huán),當(dāng)動車組運行通過時,接收車底BTM天線發(fā)出的下行發(fā)射信號,接入軌旁分析設(shè)備,對信號進行解調(diào)、分析后,得到下行信號的中心頻率。測試原理如圖2所示。
圖2 下行發(fā)射信號頻率檢測原理示意Fig.2 Schematic diagram of testing of downlink transmitting signal frequency
4.1.3 測試標(biāo)準(zhǔn)
若檢測到的下行信號中心頻率在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。
4.2.1 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,與發(fā)出磁場的天線單元形成作用范圍。
4.2.2 測試方法
在道心設(shè)置參考環(huán),當(dāng)動車組運行通過時,接收車底BTM天線發(fā)出的下行發(fā)射信號,接入軌旁分析設(shè)備,計算該信號的功率。
4.2.3 測試標(biāo)準(zhǔn)
下行信號的發(fā)射功率如果太小,可能會導(dǎo)致不能激活應(yīng)答器;下行信號的發(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),因此針對該項目的檢測,可采用一車一標(biāo)定的方式。測試設(shè)備采集并記錄動車組每次通過檢測設(shè)備的發(fā)射功率,并自動將最近一段時間的測試結(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)某次的檢測結(jié)果相較這一標(biāo)準(zhǔn)變化超過±20%時,可判定該BTM的發(fā)射能量有異常,需要拆下進一步詳細測試;反之,判定正常。
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)能對應(yīng)答器產(chǎn)生的上行鏈路信號進行解析,上行鏈路磁場產(chǎn)生的載波信號的中心頻率應(yīng)為4.234 MHz±175 kHz。
4.3.2 測試方法
在道心分別設(shè)置兩個特殊測試應(yīng)答器,其中一個測試應(yīng)答器的上行鏈路載波信號的中心頻率設(shè)置為4.234 MHz+175 kHz;另一個測試應(yīng)答器的上行鏈路載波信號的中心頻率設(shè)置為4.234 MHz-175 kHz。當(dāng)動車組通過這兩個測試應(yīng)答器時,ATP將接收到的應(yīng)答器報文傳輸給車載DMS設(shè)備, 車載DMS設(shè)備將報文信息實時傳輸至地面服務(wù)器用于測試結(jié)果判定。測試原理如圖3所示。
圖3 上行鏈路信號上、下頻偏檢測原理Fig.3 Schematic diagram of testing of uplink signal frequency deviation
4.3.3 測試標(biāo)準(zhǔn)
若動車組通過該兩個測試應(yīng)答器且BTM能正常解析該測試應(yīng)答器的報文,則判定BTM對上行鏈路信號的解析功能正常;若BTM不能正確解析某個測試應(yīng)答器的報文,則判定該車端BTM對該測試應(yīng)答器的上行鏈路信號頻偏范圍不支持。需要對該BTM拆下并進一步詳細測試。
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)出的磁場強度應(yīng)高于環(huán)路電流Iu1標(biāo)識的磁場強度。當(dāng)輸入信號小于¢d1時,應(yīng)答器的輸出應(yīng)被認為是非指定的屬性。
4.4.2 測試方法
在道心設(shè)置特殊測試應(yīng)答器,對該應(yīng)答器的電氣參數(shù)進行調(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,即模擬一個上行傳輸信號能量最弱應(yīng)答器。當(dāng)動車組通過該測試應(yīng)答器時,ATP將接收到的應(yīng)答器報文傳輸給車載DMS設(shè)備,車載DMS設(shè)備將報文信息實時傳輸至地面服務(wù)器用于測試結(jié)果判定。
4.4.3 測試標(biāo)準(zhǔn)
若動車組通過該測試應(yīng)答器且BTM能正常解析應(yīng)答器的報文,則判定BTM對最弱應(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對最弱應(yīng)答器的解析功能異常,即接收靈敏度不足。需要對該BTM拆下進一步詳細測試。
BTM的測試方法、測試項目、各項目的測試原理已經(jīng)基本明確,還需結(jié)合技術(shù)實現(xiàn)方案、數(shù)據(jù)處理方法及現(xiàn)場施工條件等,進一步研究BTM智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)方案,并結(jié)合現(xiàn)場實際驗證運用效果。