[發(fā)明專利]一種將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質(zhì)的通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310061193.7
• 申請(qǐng)日: 2013-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104022833B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任遠(yuǎn);晏鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 任遠(yuǎn)
• 主分類號(hào): H04B13/00
• 分類號(hào): H04B13/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及軌道交通通信領(lǐng)域，提出了一種將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質(zhì)的通信方法。

背景技術(shù)：

在軌道交通領(lǐng)域，地面通信技術(shù)是維持運(yùn)營(yíng)調(diào)度、保障列車行車安全的基本設(shè)備。目前軌道交通領(lǐng)域主要采用的地面通信傳輸介質(zhì)包括光纖、電纜、無(wú)線通信等。其中無(wú)線通信在電磁環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)易受各種電磁干擾影響，在隧道中使用受限；光纖、電纜等軌旁線纜由于軌道交通線路通常達(dá)到幾百到上千公里，因此鋪設(shè)成本較高，有的線纜長(zhǎng)期埋于地下，難免受到各種侵蝕，維護(hù)難度大。能否在不鋪設(shè)軌旁電纜、光纜和架設(shè)無(wú)線通信基站的情況下，實(shí)現(xiàn)軌道交通地面遠(yuǎn)距離通信功能將是鐵路通信技術(shù)的突破。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的內(nèi)容是提出一種將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質(zhì)的通信方法。該方法由若干個(gè)相隔2千米左右的軌旁通信節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)由一組通信控制器、功率放大器和連接耦合于每根鋼軌上的壓電換能器組成。二進(jìn)制數(shù)據(jù)包通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)寬頻域最優(yōu)頻率搜索協(xié)議以聲導(dǎo)波形式通過(guò)鋼軌進(jìn)行傳送。通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷中繼、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，在不需要安裝軌旁通信電纜的情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離軌道交通地面數(shù)據(jù)傳輸功能。

通信發(fā)送終端將需要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)包通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成特定頻率的振蕩脈沖信號(hào)，經(jīng)功率放大電路后驅(qū)動(dòng)安裝于鋼軌上的壓電換能器向鋼軌中發(fā)射機(jī)械波信號(hào)，利用其產(chǎn)生的復(fù)合波形在鋼軌中不斷沿長(zhǎng)度方向的反射傳導(dǎo)，在相隔一定距離的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)由壓電換能器接收，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換解析還原成串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)通信功能。

由于鋼軌下部的軌枕墊和軌枕具有彈性，通常在振動(dòng)研究中作為彈簧阻尼單元處理，在高頻振動(dòng)時(shí)彈簧阻尼單元振幅很小，使得軌枕墊和軌枕的振幅也很小，對(duì)兩條鋼軌的振動(dòng)耦合作用不強(qiáng)，因此兩根鋼軌為相互獨(dú)立的兩個(gè)冗余固體機(jī)械波傳播介質(zhì)。

壓電換能器在鋼軌上的固定方式為先將圓形超聲波換能器探頭固定于邊長(zhǎng)5厘米的方面、楔形鋁制基座上，然后將基座用透聲環(huán)氧膠粘貼于鋼軌軌腰側(cè)面，并在邊緣采用焊接的方式固定。焊縫殘?jiān)鼞?yīng)當(dāng)打磨平整，使其不影響列車運(yùn)行的相關(guān)限界要求。

附圖說(shuō)明：

下面結(jié)合附圖及實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

圖1為將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質(zhì)的通信裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

附圖中的各數(shù)字標(biāo)號(hào)的含義如下：

壓電換能器裝置1、楔形換能器固定基座2、鋼軌3、發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換裝置4、功率放大器5、串行脈沖發(fā)生器6、信號(hào)處理與A/D轉(zhuǎn)換器7、通信終端設(shè)備8、聲導(dǎo)波9。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

如圖1所示為一種將鋼軌作為軌道交通地面通信傳輸介質(zhì)的通信裝置。其通過(guò)將通信數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為串行聲導(dǎo)波脈沖，經(jīng)鋼軌定向傳播后接收并解析還原成二進(jìn)制數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能。其所使用的用于激勵(lì)和接收機(jī)械波的裝置為壓電換能器。

該通信方法包含初始寬頻域頻率搜索、數(shù)據(jù)傳送、頻率質(zhì)疑與調(diào)整這三個(gè)過(guò)程。

在通信初始建立之前，首先定義一個(gè)節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，就是說(shuō)這個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信，另一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)。以圖1為示例，假如定義左邊裝置為主節(jié)點(diǎn)，則圖1中右邊裝置為從節(jié)點(diǎn)。開(kāi)始時(shí)它們各自獨(dú)立運(yùn)行，也就是說(shuō)它們不是事先同步的。

在通信初始建立時(shí)，主節(jié)點(diǎn)先在一定頻率范圍內(nèi)發(fā)送5秒慢掃頻機(jī)械波，再監(jiān)聽(tīng)5秒。這個(gè)過(guò)程一直循環(huán)，直到收到從節(jié)點(diǎn)的反饋信息。

主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的機(jī)械波產(chǎn)生的復(fù)合波形在鋼軌中沿長(zhǎng)度方向傳播，由于鋼軌作為波導(dǎo)管對(duì)不同頻率的機(jī)械波的衰減和過(guò)濾程度不盡相同，因而在從節(jié)點(diǎn)接收到的是一串不同峰值和頻率的掃頻振動(dòng)信號(hào)，并且每10秒會(huì)重復(fù)一次。

從節(jié)點(diǎn)記錄10秒該信號(hào)，以確保得到一次主節(jié)點(diǎn)掃頻的完整數(shù)據(jù)。然后，從節(jié)點(diǎn)通過(guò)這些數(shù)據(jù)搜索峰值頻率，對(duì)所記錄的信號(hào)尋找振幅最大值，然后對(duì)數(shù)據(jù)的一小部分進(jìn)行FFT計(jì)算以確定頻率，即通過(guò)掃頻法尋找當(dāng)前最適合在鋼軌中傳播的機(jī)械波頻率。通常在無(wú)縫鋼軌中傳播2千米后接收到的特定頻率的機(jī)械波信號(hào)峰值超過(guò)噪聲的兩倍以上，因此找到合適的峰值頻率是可行的。在通信初始建立時(shí)，這個(gè)主節(jié)點(diǎn)掃頻、從節(jié)點(diǎn)記錄和搜尋的過(guò)程將不斷重復(fù)，直到從節(jié)點(diǎn)在若干個(gè)記錄周期里找到同樣的最優(yōu)頻率。這樣可以避免由于主節(jié)點(diǎn)信號(hào)包含的系統(tǒng)噪聲對(duì)結(jié)果造成錯(cuò)誤的影響。