CN101439724B - 地面电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地面电子设备，属于铁路通信信号设备领域。该设备包括：通信单元、控制单元、输入解码单元和放大检测输出单元；通信单元与控制单元连接，用于与外部通信线路连接，发送或接收通信数据；控制单元分别与输入解码单元和放大检测输出单元连接，用于控制各单元，对输入解码单元解码后的数据，并将控制信号经放大检测输出单元放大后进行输出；输入解码单元与控制单元的解码信号输入端连接，用于与应答器通信的线路连接，对应答器反馈的低频信号进行解码处理后传送给所述控制单元；放大检测输出单元与所述控制单元连接，用于将所述控制单元的控制信号放大后输出。该地面电子设备在远距离可准确监测应答器的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信信号设备领域，尤其涉及一种与有源应答器配套通信的地面电子设备。
背景技术
随着国民经济对铁路运输要求的不断提高，对列车运行管理和安全控制的要求也上升到一个新的等级。为了确保对高速列车的运行控制和安全保障，势必要实现调度命令、列车控制信息、安全信息的实时传送和交换。在列车与地面之间构建一个可靠、高效、双向、大数据量的无线传输与交换系统是列车的高速运行的必要条件。
欧洲标准应答器子系统在欧洲ETCS中的各个级别均有运用。中国列车控制系统(CTCS)是参照欧洲列车控制系统(ETCS)制定的用于我国现代铁路中的列车控制系统。在CTCS系统中，欧洲标准应答器子系统是信号基础设施，具有重要意义，应答器子系统如图1所示，该系统由应答器、与应答器通过电缆连接的地面电子设备(简称LEU)，及设置在列车上的车载设备构成，在地面电子设备LEU中设有与应答器连接通信的C接口和与列控中心的上位机连接通信的S接口。LEU是一个非常重要的环节，是一种数据采集与处理单元，当有数据变化时，LEU依据变化后的数据形成报文并送给应答器，通过地面的应答器发送至车载设备，同时LEU能接收外部数据报文，并向应答器进行发送，再通过应答器发送至车载设备。
实际中，LEU与应答器之间采用电缆方式连接，LEU发送8.82KHz的信号给 应答器为其提供能量，利用564KHz的双相差分电平编码(简称DBPL)信号传输应答器报文。LEU对与应答器连接电缆的检测采用的是检测应答器中的C接口(连接LEU的接口)的信号电流幅度的方式，这种检测方式当在LEU与应答器之间的连接距离小于500m时，由于线路短、分布参数产生的效应较小，易于检测到连接应答器的电缆的短路、开路等信息。但在我国的特定场合应用中通常传输距离在1～4km之间，但若应用现有的LEU设备与现有应答器构成应答器子系统，由于电缆本身具有电阻、电感和电容的效应等分布参数的影响，长距离的电缆传输后LEU的信号的幅度会衰减、DBPL信号的波形会变形，LEU与应答器的信号传输的可靠性不可避免的降低，并且目前的应答器采用的是透明传输，应答器从DBPL信号解析得到的报文会透明传输到车载设备上。由于LEU与应答器长距离传输的可靠性降低也影响了报文的传输，进而影响了行车的安全。
并且，现有地面电子设备LEU无法检测应答器的工作状态，为检测应答器的工作状态，目前采用的是人工检测或专用安装在应答器上设备来定时检测应答器的连接状态，这样的检测方法会干扰LEU与应答器的正常工作，并大大提高了成本。因此，提供一种可在远连接距离的情况下，准确检测与应答器之间连接电缆的各种信息，并可以通过接收应答器回传的激活信息和工作状态信息，来及时、准确检测应答器状态的地面电子设备LEU是个迫切需要解决的问题。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式的目的是提供一种地面电子设备，在保证传输距离在0.5～4km的前提下，可以准确检测与其连接的应答器的工作状态和两者之间连接电缆的状态。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种地面电子设备，包括：
通信单元、控制单元、输入解码单元和放大检测输出单元；
所述通信单元，与所述控制单元通信连接，用于与外部通信线路连接，发送或接收通信数据；
所述控制单元，分别与所述输入解码单元和所述放大检测输出单元连接，用于控制各单元，对输入解码单元解码后的数据进行处理，并将控制信号经放大检测输出单元放大后输出；
所述输入解码单元，与所述控制单元的解码信号输入端连接，用于连接应答器通信的线路，对应答器反馈的低频信号进行解码处理后传送给所述控制单元；
所述放大检测输出单元，与所述控制单元连接，用于将所述控制单元的控制信号及检测信号放大后输出。
所述输入解码单元包括：第二隔离保护模块、滤波模块和解码模块；
所述第二隔离保护模块，与所述滤波模块连接，用于以防雷的方式与连接应答器的线路连接耦合引入应答器反馈的信号；
所述滤波模块，与所述解码模块连接，用于对所述第二隔离保护模块耦合引入应答器反馈的信号进行滤波处理；
所述解码模块，与所述滤波模块连接，用于对所述滤波模块处理后的信号进行解码处理，并将解码后的信号传送至与其连接的控制单元。
所述第二隔离保护模块采用过压或过流保护电路。
所述滤波模块采用低通滤波电路。
所述解码模块采用低频信号解码电路，解码的频率范围为0.5～1.5KHz，用于解码后确定与该地面电子设备连接的应答器的激活状态或工作状态。
所述放大检测输出单元包括：功率放大器、第一隔离保护模块和线路检测单元；
所述功率放大器，与所述控制单元的控制信号输出端连接，用于对所述控制单元输出的控制信号进行功率放大；
所述第一隔离保护模块，与所述功率放大器的输出端连接，用于将功率放大器放大后的信号以耦合的方式输出，并起到防雷的作用；
所述线路检测单元，输入端与所述功率放大器的输出端连接，输出端连接至所述控制单元的检测输入端，用于对与应答器连接的线路的连接状态进行检测。
所述线路检测单元具体包括：电流取样模块、电压取样模块、相位比较模块、幅度检测模块和脉冲检测模块；其中，所述电流取样模块与所述电压取样模块的输出均连接至相位比较模块，电流取样模块的幅度信号输出端分别与幅度检测模块和脉冲检测模块连接。
由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式通过在地面电子设备中设置输入解码单元，可以对应答器反馈的反应激活状态和工作状态的低频信号进行解码，由于低频信号的穿透力强，较小的功率就可以传输较远的距离，所以该地面电子设备可以在与应答器的连接距离达到0.5～4km的条件下，保持与应答器进行有效通信，并可准确监测应答器的工作状态。该地面电子设备具有结构简单、功耗低的优点。
附图说明
图1为现有技术提供的应答器系统结构示意图；
图2为本发明实施例的地面电子设备电路连接示意图
图3为本发明实施例的线路检测单元电路原理图；
图4为本发明实施例的接收的应答器反应的双音频信号传输波型示意图。
具体实施方式
本发明实施方式提供一种地面电子设备，该地面电子设备(简称为LEU)是用在铁路信号控制系统的应答器系统中，与应答器连接，用于向应答器提供能量以及传输应答器报文，并检测接收应答器回送的激活信号和应答器的工作状态信息，该地面电子设备具体包括：通信单元、控制单元、输入解码单元和放大检测输出单元；其中，通信单元与控制单元通信连接，输入解码单元与控制单元的解码信号输入端连接，放大检测输出单元与控制单元的控制信号输出端连接；该电子地面设备通过控制单元控制各单元，接收与该电子地面设备连接的应答器反馈的反应激活状态和工作状态的信号，通过输入解码单元对接收的信号解码后，通过控制单元对解码后信号进行相应的处理，确定应答器的激活状态与工作状态。
为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例一
本实施例提供一种地面电子设备，它应用在铁路控制系统的应答器系统中，与应答器连接，如图2所示，该地面电子设备具体包括：
通信单元、控制单元、输入解码单元、放大检测输出单元和电缆接口；实际中电缆接口包括第一电缆接口和第二电缆接口；
其中，通信单元与控制单元通信连接，用于与外部通信线路连接，接收上位机(如：地面列控中心的控制主机)发送的指令并将该地面电子设备和与其连接的应答器工作状态上报给上位机；
控制单元分别与输入解码单元和所述放大检测输出单元连接，用于控制各单元，对输入解码单元解码后的信号进行处理，及将控制信号经放大检测输出单元放大后进行输出；
输入解码单元与控制单元的解码信号输入端连接，通过第二电缆接口与应答器通信的线路连接，对应答器反馈的低频信号进行解码处理后传送给所 述控制单元；
放大检测输出单元与控制单元连接，用于将控制单元的控制信号及检测的能量信号放大后经第一电缆接口连接的电线输出至与该地面电子设备连接的应答器。
上述地面电子设备中，输入解码单元具体由第二隔离保护模块、滤波模块和解码模块连接而成，解码模块的输出端与第二电缆接口连接；
其中，第二隔离保护模块与滤波模块连接，用于以防雷的耦合方式与连接应答器的电缆连接，引入应答器反馈其自身激活状态或工作状态的信号；该第二隔离保护模块具体可以采用限流或限压以及变压器耦合电路；
滤波模块与解码模块连接，用于对所述第二隔离保护模块引入的反馈信号进行滤波处理；该滤波模块具体可以采用低通滤波电路；
解码模块与滤波模块连接，用于对所述滤波模块处理后的信号进行解码处理，并传送至与其连接的控制单元，该解码模块可以采用低频信号解码电路，解码的频率范围为0.5～1.5KHz，用于解码确定应答器的工作状态或应答器激活信息。
上述设备中，放大检测输出单元具体包括：功率放大器、第一隔离保护模块和线路检测单元；其中，功率放大器与控制单元的控制信号输出端连接，用于对所述控制单元输出的控制信号和检测电缆状态用的能量信号进行功率放大；
第一隔离保护模块与功率放大器的输出端连接，用于将功率放大器放大后的信号以耦合的方式输出，并起到隔离外部电路单元及防雷的作用；
线路检测单元的输入端与所述功率放大器的输出端和第一电缆接口连接，输出端连接至所述控制单元的检测输入端，用于对与应答器连接的线路的连接状态进行检测。
线路检测单元可以采用电流、电压取样电路与幅度、相位检测电路配合 构成，具体包括：电流取样模块、电压取样模块、相位比较模块、幅度检测模块和脉冲检测模块；其中，所述电流取样模块与所述电压取样模块的输出均连接至相位比较模块，电流取样模块的幅度信号输出端分别与幅度检测模块和脉冲检测模块连接。
实际中，地面电子设备分别与应答器和上位机(如地面列控中心的控制主机)连接，要具备两个接口，S接口部分和C接口部分。
S接口部分用于与地面列控中心的上位机通信连接，由上述给出的地面电子设备中的通信单元，及与通信单元连接的CAN接口、422接口、以太网接口等组成，用于完成相应的通信连接和通信信号处理。
C接口部分用于与应答器连接，C接口部分通过两对电缆与应答器连接，一对电缆中传输的信号是完成与应答器的C接口通信，包括与应答器的C1、C4和C6信号的传输；另外一对电缆中传输应答器的反馈信号。C接口部分主要由输入解码单元、放大检测输出单元和第一电缆接口构成，具体参见图2所示的地面电子设备的系统框图。
上述设备中的放大检测输出单元中还包括线路检测单元，用于检测该地面电子设备与连接的应答器之间的电缆开路、短路情况，线路检测单元的具体电路如图3所示，该单元电路由电流取样、电压取样、幅度检测、相位比较、以及脉冲检测等电路组成。电流取样电路由电流互感器组成；电压取样可以用电压互感变压器、电阻分压或电容分压电路组成。
电流取样电路的输出取其电压信号，滤波取出8.82K信号后，经电阻分压，进入后面的幅度检测电路和脉冲检测电路。
脉冲检测电路由滞回比较器(施密特触发器)构成，通过对电压幅度信号的脉冲进行检测，从而得到应答器反馈的C4信号。
电流取样电路通过电流互感器将电流信号转换为电压信号，滤波取出8.82K信号后，经电阻分压，加入幅度检测电路，检测电压幅度超过短路电压 门限时，幅度检测电路输出电缆短路信号；当检测电压幅度低于开路电压门限时，幅度检测电路输出电缆断路信号。在传输电缆距离短于1km时，幅度检测法得到的开路、短路检测信号是有效的。在传输电缆距离长于1km时，幅度检测法得到的开路、短路检测信号就变得不可靠了，因此，该地面电子设备的线路检测单元也可以实现相位检测法对线路进行检测。
当传输电缆长于200m时，短路、开路检测可以用相位检测法，具体可以对电流取样和电压取样得到的电流和电压信号分别用高通滤波器滤去8.82K信号，只留下564KHz的DBPL信号，这样对电流和电压信号的相位比较就可以得到短路、开路信息。电流信号与电压信号的相位接近时，电缆与应答器连接正常；电流信号超前电压信号的相位时，电缆是短路的；电流信号滞后电压信号的相位时，电缆是开路的。
利用上述线路检测单元，使主控单元结合该线路检测单元中的幅度检测电路，利用幅度检测法和相位检测法得到该地面电子设备与应答器之间连接电缆的短路、开路信号，即可准确得到地面电子设备LEU和应答器之间的电缆的连接状态。
实际应用中，经第二电缆接口反馈至该地面电子设备中的表示应答器工作状态及激活信息的低频信号，可以是双音频信号，该双音频信号可以分别由一个低频(共四个)、一个高频信号(共四个)组合构成，存在16种状态，对该低音频信号经输入解码单元进行解码处理后，LEU即可确定应答器的工作状态及激活状态。具体采用双音频信号表示应答器状态与频率组定义的一种可行方案如下：
表1频率与信息对应表
| 数字 | 低频组 | 高频组 | 比特 | 信息 |
| 1 | 697 | 1209 | 0001 | 应答器工作正常 |
| 2 | 697 | 1336 | 0010 | A接口主控单元错误 |
| 3 | 697 | 1477 | 0011 | A接口FSK功放错误 |
| 4 | 770 | 1209 | 0100 | A接口与C接口连接错误 |
| 5 | 770 | 1336 | 0101 | C接口无DBPL信号达0.6ms |
| 6 | 770 | 1477 | 0110 | C接口接收DBPL信号不稳定 |
| 7 | 852 | 1209 | 0111 | C接口接收到DBPL信号，但报文错误 |
| 8 | 852 | 1336 | 1000 | 火车通过 |
| 9 | 852 | 1477 | 1001 | 错误 |
| 10 | 941 | 1336 | 1010 | 错误 |
| 11 | 941 | 1209 | 1011 | 错误 |
| 12 | 941 | 1477 | 1100 | 错误 |
| 13 | 697 | 1633 | 1101 | 错误 |
| 14 | 770 | 1633 | 1110 | 错误 |
| 15 | 852 | 1633 | 1111 | 错误 |
| 0 | 941 | 1633 | 0000 | 错误 |
| 无 | 无 | 无 | 错误 |
实际中，若采用双音频信号作为低步频信号，则该地面电子设备的接收端的双音频信号的输入负载可以为90KΩ＜|Z|＜150KΩ，传输波形的要求如图4所示，具体为：
(1)幅度(100K欧姆负载)：3Vpp≤v1≤15Vpp；
(2)频率精度：表1中频率的误差≤2％；
(3)时间参数：18ms≤t1≤22ms，t2＝100ms-t1。
下面以本发明实施例的地面电子设备与应答器之间工作的过程，对该地面电子设备作进一步说明：
(1)应答器与LEU正常：
此时工作正常，LEU检测到电缆的连接状态正常。接收双音频的0001比特信息，即697Hz和1209Hz信号。
(2)应答器与LEU正常，火车通过：
此时工作正常，LEU检测到电缆的连接状态正常。脉冲检测检测到C4脉冲，接收双音频的1000比特信息，即852Hz和1336Hz信号。LEU通过S接口向列控中心反馈火车通过信号。
(3)应答器与LEU无连接：
此时应答器的有源部分不工作，LEU接收不到双音频信号。LEU可以通过幅度检测法和相位检测法可以得到电缆的连接状态。给出相应报警信息。
(4)应答器与LEU有连接，A接口部分工作不正常：
此时应答器的有源部分工作。如果是没有产生FSK信号，LEU可以接收到反馈比特0011，即697Hz和1477Hz信号。如果是A接口的主控模块错误，与C接口控制单元的通信信号失常，LEU接收到反馈比特0010，即697Hz和1336Hz信号。给出相应报警信息。
(5)应答器与LEU有连接，C接口没有接收到DBPL信号达0.6ms
此时表明应答器的有源部分工作，LEU接收反馈比特0101，即770Hz和1336Hz信号，LEU发射DBPL信号有误，给出相应报警信息。
综上所述，本发明实施例中通过在地面电子设备中设置输入解码单元，对应答器反馈的低频信号进行解码，可以从应答器反馈的信息解析出应答器的工作状态，从而可以在不干扰LEU和应答器正常工作以及不会大幅增加设备成本和维护成本的条件下，由于低频信号穿透力强、传输距离远，保证了该地面电子设备可以与应答器之间最长达到4km的距离连接通信；并且通过在该地面电子设备中设置线路检测单元，可以在连接距离小于1000m时，用电流幅度检测来得到电缆开短路状态及应答器的激活信息，当连接距离大于500m时，利用电流和电压的相位差来检测长电缆的开短路状态，采用相位检测法对该地面电子设备与应答器之间的线路进行检测，受线路长度的影响较小，也可以保证对较长距离的连接线路进行检测，因此使该地面电子设备与应答器的连接距离可达到0.5～4km，在该连接距离内可以准确保证地面电子设备 端可实时准确监测到与应答器连接电缆的状态，及应答器的工作状态(如DBPL信号接收是否正确、应答器报文接收是否正确等等)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种地面电子设备，其特征在于，包括：
通信单元、控制单元、输入解码单元和放大检测输出单元；
所述通信单元，与所述控制单元通信连接，用于与外部通信线路连接，发送或接收通信数据；
所述控制单元，分别与所述输入解码单元和所述放大检测输出单元连接，用于控制各单元，对输入解码单元解码后的数据进行处理，并将控制信号经放大检测输出单元放大后输出；
所述输入解码单元，与所述控制单元的解码信号输入端连接，用于连接应答器通信的线路，对应答器反馈的低频信号进行解码处理后传送给所述控制单元；
所述放大检测输出单元，与所述控制单元连接，用于将所述控制单元的控制信号及检测的能量信号放大后输出。
2.根据权利要求1所述的地面电子设备，其特征在于，所述输入解码单元包括：第二隔离保护模块、滤波模块和解码模块；
所述第二隔离保护模块，与所述滤波模块连接，用于以防雷的方式与连接应答器的线路连接耦合引入应答器反馈的信号；
所述滤波模块，与所述解码模块连接，用于对所述第二隔离保护模块耦合引入应答器反馈的信号进行滤波处理；
所述解码模块，与所述滤波模块连接，用于对所述滤波模块处理后的信号进行解码处理，并将解码后的信号传送至与其连接的控制单元。
3.根据权利要求2所述的地面电子设备，其特征在于，所述第二隔离保护模块采用过压或过流保护电路。
4.根据权利要求2所述的地面电子设备，其特征在于，所述滤波模块采用低通滤波电路。
5.根据权利要求2所述的地面电子设备，其特征在于，所述解码模块采用低频信号解码电路，解码的频率范围为0.5～1.5KHz，用于解码后确定与该地面电子设备连接的应答器的激活状态或工作状态。
6.根据权利要求1所述的地面电子设备，其特征在于，所述放大检测输出单元包括：功率放大器、第一隔离保护模块和线路检测单元；
所述功率放大器，与所述控制单元的控制信号输出端连接，用于对所述控制单元输出的控制信号进行功率放大；
所述第一隔离保护模块，与所述功率放大器的输出端连接，用于将功率放大器放大后的信号以耦合的方式输出，并起到防雷的作用；
所述线路检测单元，输入端与所述功率放大器的输出端连接，输出端连接至所述控制单元的检测输入端，用于对与应答器连接的线路的连接状态进行检测。
7.根据权利要求6所述的地面电子设备，其特征在于，所述线路检测单元具体包括：电流取样模块、电压取样模块、相位比较模块、幅度检测模块和脉冲检测模块；其中，所述电流取样模块与所述电压取样模块的输出均连接至相位比较模块，电流取样模块的幅度信号输出端分别与幅度检测模块和脉冲检测模块连接。
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