[發明專利]一種將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法

有效

• 申請號: 201310061193.7
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN104022833B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 任遠;晏鑫
• 申請（專利權）人: 任遠
• 主分類號: H04B13/00
• 分類號: H04B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于：該方法將在鋼軌(3)中傳播的機械波作為數字通信媒介，實現二進制數據包的串行通信功能；此技術可應用到使用鋼軌作為基本運輸媒介的軌道交通運輸系統中，使其無需安裝額外的軌旁通信設備即可利用鋼軌本身實現長距離通信功能，也適用于利用其它適合機械波傳播的導體本身實現通信功能；

另外其主要步驟包括：

1)在通信初始建立時，主節點先在一定頻率范圍內發送5秒慢掃頻機械波，再監聽5秒，這個過程一直循環，直到收到從節點的反饋信息；

2)從節點記錄10秒信號，以確保得到一次主節點掃頻的完整數據，然后從節點通過這些數據搜索峰值頻率，對所記錄的信號尋找振幅最大值，并對該最大值附近的一小部分數據進行FFT計算以確定最優頻率，通過這種掃頻法即可找到當前最適合在鋼軌中傳播的機械波頻率；在通信初始建立時，這個主節點掃頻、從節點記錄和搜尋的過程將不斷重復，直到從節點在若干個記錄周期里找到同樣的最優頻率，這樣可以避免由于主節點信號包含的系統噪聲對結果造成錯誤的影響；

3)從節點在找到峰值頻率后，將切換模式，把搜尋到的該頻率機械波傳送給主節點；從節點向主節點發送5個脈寬1秒，頻率為峰值頻率的蜂鳴聲信號，這串蜂鳴信號是足夠主節點在用于監聽的5秒長的窗口靜默時間內收到從節點發來的至少一個完整的脈寬信號；然后主節點對整個5秒的靜默偵聽的記錄進行FIR濾波，尋找脈寬為1秒的蜂鳴信號，一旦主節點檢測到脈寬1秒的蜂鳴信號，就意味著兩個節點均知道了最佳通信頻率；

4)下一步就是主節點通知從節點停止發送蜂鳴信號，即主節點連續發送20秒脈寬為1秒的最優頻率蜂鳴信號，使從節點在接收窗口時間內至少接收到一次該蜂鳴信號；從節點通過FIR濾波器處理該信號，當從節點檢測到持續1秒的最優頻率主節點蜂鳴后，停止發送從蜂鳴，至此，兩端都知道了最優頻率；當主節點發送20秒主蜂鳴后監聽20秒，如果沒有在20秒內收到從蜂鳴，則主節點就能確認從節點接收到了確認答復，即可轉入數據傳送狀態；

5)在數據傳送階段，節點之間的通信將會由二進制數據包組成，主節點將串行二進制數據轉換為最優頻率的脈沖聲機械波信號，以固定時長為比特單位，發送最優頻率機械波脈沖表示數值“1”，不發表示數值“0”；從節點在將接收到的機械波脈沖解碼為數據包的同時計算

信號強度，然后從節點向主節點發送反饋確認信號，告知“信息已收到”，反饋內容為向主節點發送最優頻率的脈沖聲機械波1個比特的信號；

6)當環境溫度、濕度發生改變時，最適合在鋼軌中傳播的機械波頻率也會發生改變，因而系統需要能夠自動適應環境溫度、濕度的變化；當從節點收到的原最優頻率機械波脈沖信號峰值有明顯下降時，從節點通過將反饋確認信號加上或減去半個至若干赫茲指出最優頻率的漂移；利用這種方法可以使從節點有效地對主節點發送的峰值頻率產生質疑；主節點在收到從節點的頻率質疑時將再次通過掃頻流程確定新的最優機械波傳導頻率，實現頻率微調。

2.根據權利要求1中所述的將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于，所述系統包括：壓電換能器裝置(1)、楔形換能器固定基座(2)、發送/接收轉換裝置(4)、功率放大器(5)、串行脈沖發生器(6)、信號處理與A/D轉換器(7)、通信終端設備(8)。

3.根據權利要求2中所述的將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于，用于激勵和接收機械波的具體為所述的壓電換能器裝置，但隨著材料技術的進步與發展，也可采用其它更優良的換能器裝置。

4.根據權利要求1中所述的將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于，能夠針對不同溫度、濕度和鋼軌類型，自動尋找并選擇使用最適合傳導的機械波頻率，具備抗干擾能力，能實現更遠距離的通信。

5.根據權利要求1中所述的將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于，兩根鋼軌作為相互獨立的機械波傳播介質，可互為冗余，當有某根鋼軌發生損壞時，機械波可通過另外一根鋼軌傳導。

6.根據權利要求1中所述的將鋼軌(3)作為軌道交通地面通信傳輸介質的通信方法，其特征在于，設定兩根鋼軌中機械波的傳播方向相反，以實現同時的雙向通信功能。