CN103036631B - 射频传输线路在线故障定位方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频传输线路在线故障定位方法及设备，其中方法是在射频传输线路的单端对被测射频传输线路进行在线测试，即在被测射频传输线路的一端，在不影响正常线路工作的情况下，接入一插入器，由故障定位主机中的控制单元控制的高精度线性调频信号源产生临近通信工作频率的线性调频信号，通过插入器以在线的方式，对该被测射频传输线路开始扫描测试，从靠近所述插入器的一端一直扫描测试至最远端，测试被测射频传输线路及其所接的接头、跳线、调相头、避雷器、直流阻隔器或天线整个传输线路中每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该射频传输线路中故障所在的具体位置。

Description

射频传输线路在线故障定位方法及设备

技术领域

本发明关于一种通信、信号领域的射频传输线路监测技术，更具体地说，涉及一种通信、铁路通信和信号、城市轨道交通的通信和信号等领域应用的射频传输线路监测技术，其中射频传输线路包括：射频电缆、漏缆（一种特殊的射频电缆）、波导、天线等。

背景技术

现有用于射频传输线路的故障监测技术及装置有两类：

第一类为离线式便携检测仪，这种离线式便携检测仪不能实现在线实时监测，需要人工携带便携式检测仪去现场，沿着传输线路进行检测，存在维护工作困难、浪费人力、故障排查不及时的问题，容易造成生产、运营的隐患。

第二类为在线监测仪，此种在线监测仪是在被测射频传输线路的两端对被测射频传输线路进行测试，包括有设在被测射频传输线路的两端从机与主机，其中主机在一端发射测试信号，从机在另一端接收测试信号，以此作为被测射频传输线路的检测依据。此种在线监测仪存在以下问题：

1）无法判断被测射频传输线路中故障的具体位置，因被测射频传输线路的长度大多为几公里，维修维护人员需花费大量时间精力排查故障点，导致工作效率低下，造成维护工作困难。

2）当被测射频传输线路的远端接天线时，无法接入从机，从而不能对接有天线的被测射频传输线路进行监测，因此不能对被测射频传输线路进行全面监测。

3）主机、从机之间的信息交互通过被测射频传输线路传送，即该监测方式不能独立于被测射频传输线路而工作，如果被测射频传输线路中断将无法回传测试数据，达不到监测的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效解决现有两类射频传输线路的故障监测技术所存在的问题的射频传输线路在线故障定位方法及设备。

本发明中射频传输线路在线故障定位方法是在射频传输线路的单端对所述射频传输线路进行测试，即在不影响被测射频传输线路正常线路工作的情况下在被测射频传输线路的一端接入一插入器，由故障定位主机中的控制单元控制的高精度线性调频信号源产生临近所述射频传输线路的通信工作频率的线性调频信号，通过所述插入器以在线的方式对该被测射频传输线路开始扫描测试，从靠近所述插入器的一端一直扫描测试至最远端，测试被测射频传输线路及其所接的接头、跳线、调相头、避雷器、直流阻隔器或天线整个传输线路中每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该射频传输线路中故障所在的具体位置。

所述线性调频信号由控制单元控制分成两路线性调频信号，其中一路通过环形器发射出去，并在射频传输线路中传输的同时产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号进行混频，得到频率差，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度就可以得到该反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了。

所述监测得到的数据通过有线方式或无线方式接入到数据网络中，再传至监控中心。

所述有线方式为光纤。

所述线性调频信号的频率在工作频率之外几十MHz 到100MHz之间。

本发明中射频传输线路在线故障定位设备包括有故障定位主机、插入器、现场管理单元、监控中心及数据传输链路，其中信号插入器与故障定位主机连接，故障定位主机中设有高精度线性调频信号源、控制单元、环形器、混频器及信号处理单元，其中高精度线性调频信号源为一种能够产生线性调频信号的信号源，由所述控制单元控制所述高精度线性调频信号源产生的线性调频信号分成两路，其中一路经所述环形器输出，通过插入器接入至被测射频传输线路，并在射频传输线路中传输的同时产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号在所述混频器中进行混频，并进入信号处理处理单元得到频率差，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度就可以得到该反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了。

所述插入器为一种频分双工器。

所述信号处理单元对反射回的信号进行信号处理分析，得出整个传输线路每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该被传输线路中故障所在的具体位置。

所述高精度线性调频信号源包括有压控振荡器、复杂可编程逻辑器件和数模转换，利用三角波的电压线性变化区来控制所述压控振荡器，使所述压控振荡器输出的频率随电压变化而线性变化，复杂可编程逻辑器件和数模转换来控制该线性调频信号的中心频点。

所述射频传输线路在线故障定位设备在所述环形器的输出端连接有能作完备的自检功能的自检负载电路，所述自检负载电路经测试/自检开关与所述环形器连通，利用测试/自检开关能切换至自检通道，对所述自检负载进行检测，完成自检功能。

本发明中射频传输线路在线故障定位方法及设备具有以下优点：

1、对被监测射频传输线路进行在线单端测量。

2、对被监测射频传输线路进行在线故障定位。

3、当被测射频传输线路的远端接天线时，同样可以监测，能够做到对被测射频传输线路进行全面监测，不存在监测不了的情况。

4、因为应用单端测量的方法，无需通过被测射频传输线路两端的交互信息，因而独立于被监测的漏缆而工作，不会发生漏缆中断将无法回传测试数据的情况。

5、具有完备的自检功能。

附图说明

图1是本发明中射频传输线路在线监测方法及设备的原理框图。

图2是本发明中射频传输线路在线监测设备的实施例一的示意图。

图3是本发明中射频传输线路在线监测设备的实施例二的示意图。

图4是本发明中高精度线性调频信号源产生线性调频信号的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

本发明中射频传输线路的在线故障定位方法仅在射频传输线路（以下简称被测射频传输线路）的单端测试，具体如下：

如图1所示， 在被测射频传输线路的一端，在不影响正常线路工作的情况下，接入一插入器，通过插入器以在线的方式输出临近被测射频传输线路的通信工作频率的带外检测信号，该带外检测信号为故障定位主机中高精度线性调频信号源产生的线性调频信号，该线性调频信号由控制单元控制分成两路线性调频信号，其中一路通过环形器发射出去，在被测传输线路中传输的同时，会产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号进行混频，并得到频率差，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度（信号传输速度=光速*传输因子）就可以得到该反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了。

本发明中射频传输线路在线故障定位设备包括有故障定位主机、信号插入器、现场管理单元（ FSU）、监控中心及数据传输链路，其中信号插入器与故障定位主机连接，故障定位主机与现场管现单元连接，在故障定位主机中设有控制单元、高精度线性调频信号源、环形器、混频器及信号处理单元，其中高精度线性调频信号源为一种能够产生线性调频信号的信号源，即能够产生一种类似雷达波的调频信号，不同的时间对应的频率不同。由控制单元控制高精度线性调频信号源产生的线性调频信号分成两路，其中一路经环形器输入至被测射频传输线路，并在射频传输线路中传输的同时产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号在混频器中进行混频，并得到频率差，并进入信号处理单元中进行处理，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度（信号传输速度=光速*传输因子）就可以得到该反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了。

本发明中的射频传输线路在线故障定位设备在环形器的输出端连接有能作完备的自检功能的自检负载电路，自检负载电路经测试/自检开关与所述环形器连通，利用测试/自检开关能切换至自检通道，对自检负载进行检测，完成自检功能。

本发明中的故障定位主机中的控制单元主要完成电源接入及系统控制功能。控制两路高精度线性调频信号，一路通过环形器发射出去，对被测传输线路进行监测，另外一路通过混频器与反射回来的监测信号进行混频，进入信号处理单元，进行信号处理分析，得出整个传输线路每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该被传输线路中故障所在的具体位置。

本发明中的线性调频信号由设在故障定位主机中的高精度线性调频信号源发出，因为是在线监测，需要适应双系统共线工作抗干扰的要求，因此线性调频信号参数必须特别设计，具体是：1）频率的选择：在工作频带外，又不能远离工作频带，频率相差太大，物理射频特性会不一样，经过推算和现场试验，该线性调频信号频率应选在偏离工作频带几十MHz 到100MHz之间为最佳；2）线性调频信号的能量要被限制，虽然是带外，但不能影响被测射频传输线路的动态范围；3）在线监测时，双系统要通过插入器共线，该插入器是一种频分双工器，起到更高的抗干扰作用。为了达到以上需求，本发明中高精度线性调频信号源包括有压控振荡器（VCO）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和数模转换（DA），由CPLD和DA来控制该线性调频信号的中心频点。VCO输出频率随电压变化，三角波会重复出现电压线性变化区，由三角波控制VCO后，即可得到线性调频信号，如图4所示。

故障定位主机中故障定位精度的推算原理：根据实际监测工作的需要，也要满足根据论述的原理、方法和参数设计，故障定位精度可在小于1米至50米之间选择，定位精度由后面的关系决定：定位精度=信号传输速度/2倍线性调频信号带宽；信号传输速度=光速*传输因子。例如：在射频传输线路1km处有故障点（驻波为2，回波损耗10dB），当通信频率为950 MHz时，测试频率选用900MHz，该射频传输线百米损耗2dB，传输速度系数0.8。

开始测试和计算：测试信号在该射频传输线的测试接入口处（插入器）时的参数为频率F1=900MHz，功率绝对值P1=0dBm；测试信号经过一段时间的传输到达故障点并反射回测试口时的参数变为F2=910MHz，P2= -50dBm；根据F2与F1之差、调频线性变化率（调频线性变化率的具体值不重要，可以任意选定，只要是线性变化即可）、传输速度系数算出测试信号到达故障点的时间为4.166微秒，时间乘以信号传输速度（信号传输速度=光速*传输因子，其中传输因子是被测射频传输线出厂时的出厂参数）即可得到故障点距离为1km；P2与P1功率相对值（dB）值之差（P2与P1之差实际上是相除，相对倍数取对数）再加上传输损耗的补偿后得到-10dB，即回波损耗为10dB；故障门限可定为回波损耗绝对值为14.6，即回波损耗绝对值小于14.6时，系统就判定为故障。

监控中心，以铁路应用为例，是用以对一个铁路局或者独立维护的专线铁路区域内被监控设备进行监控管理的集中操作维护点，是监控系统中的核心级，它负责对整个监控范围内的被监控设备进行集中的监测和管理，还对监控系统本身的管理。其主要功能有：

实时接受并显示各FSU被监控设备得到运行数据、工作状态和告警信息；向被控设备进行遥控操作的命令；

与上一级的监控中心进行通信，根据要求向上传送有关数据信息，接收上级下发的检测控制命令；

具有友好的图形化操作界面，能够显示局站和设备的地理位置、空间布局、设备运行状态示意图等；

进行告警确认和处理；

对设备运行数据进行统计处理，生成各种统计报表和曲线；

查询、显示和打印历史数据、告警记录、操作记录、统计报表和曲线；

进行数据存储管理；

对本中心的各种配置信息进行查询、修改等操作；

对人员、设备等辅助信息进行管理；

对系统进行安全管理，设置和检查用户密码和权限；

对系统内计算机、通信路由等进行诊断；发现故障及时告警；

提供完善的帮助信息。

将本发明中的射频传输线路在线故障定位设备用于铁路通信和城市轨道交通的通信、信号的漏缆（波导）在线监测时，采用如图2所示的结构，当将本发明中的射频传输线路在线故障定位设备用于埋在地下、建筑物内的射频电缆的在线监测时，如图3所示。

综上所述，本发明中射频传输线路在线监测方法及设备具有以下特点：

1、在铁路领域里，应用该射频传输线路在线监测方法及设备，可用于铁路通信漏缆及天馈线的在线监测，可真正做到全面监测、故障定位，降低铁路通信的日常维护工作难度和工作量，给铁路通信日常维护工作管理上台阶提供了技术平台，确保铁路通信网络运行和行车的安全。

2、在城市轨道交通领域里，应用该射频传输线路在线监测方法及设备，可用于地铁、轻轨的通信漏缆的在线监测和信号波导的在线监测，可真正做到全面监测、故障定位，降低地铁、轻轨的通信和信号日常维护工作难度和工作量，给地铁、轻轨的通信和信号日常维护工作管理上台阶提供了技术平台，确保地铁、轻轨的通信、信号网络运行和行车的安全。

3、在移动通信领域里，应用该射频传输线路在线监测方法及设备，可用于移动通信漏缆及天馈线的在线监测，可真正做到全面监测、故障定位，降低移动通信在漏缆及天馈线的日常维护工作难度和工作量。

4、在其它领域里，凡是有射频传输线路，因长度、高架、地埋等原因，不方便检测，都可应用该射频传输线路在线监测方法及设备，进行在线监测，做到全面监测、故障定位。

5、监测泄漏电缆及天馈线，可进行故障预警，并对故障情况可实时了解，快速排查网络故障，进而快速、准确地进行有效决策和精准指挥，大大缩短故障的处理时间，尽可能降低故障对安全生产的影响。

Claims (6)

1.一种射频传输线路在线故障定位方法，是在射频传输线路的单端对所述射频传输线路进行在线测试，即在不影响被测射频传输线路正常线路工作的情况下在被测射频传输线路的一端接入一信号插入器，由故障定位主机中的控制单元控制的高精度线性调频信号源产生临近所述射频传输线路的通信工作频率的线性调频信号，通过所述信号插入器以在线的方式对该被测射频传输线路开始扫描测试，从靠近所述信号插入器的一端一直扫描测试至最远端，测试被测射频传输线路及其所接的接头、跳线、调相头、避雷器、直流阻隔器或天线整个传输线路中每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该射频传输线路中故障所在的具体位置，所述线性调频信号由控制单元控制分成两路线性调频信号，其中一路通过环形器发射出去，并在射频传输线路中传输的同时产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号进行混频，得到频率差，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度就能够得到该产生反向的反射波的反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了，所述线性调频信号的频率在工作频率之外几十MHz 到100MHz之间。

2.根据权利要求1所述的射频传输线路在线故障定位方法，其特征在于，所述射频传输线路在线故障定位方法中监测得到的数据通过有线方式或无线方式接入到数据网络中，再传至监控中心。

3.根据权利要求2所述的射频传输线路在线故障定位方法，其特征在于，所述有线方式为光纤。

4.一种射频传输线路在线故障定位设备，其特征在于，包括有故障定位主机、信号插入器、现场管理单元、监控中心及数据传输链路，其中信号插入器与故障定位主机连接，故障定位主机中设有高精度线性调频信号源、控制单元、环形器、混频器及信号处理单元，其中高精度线性调频信号源为一种能够产生线性调频信号的信号源，由所述控制单元控制所述高精度线性调频信号源产生的线性调频信号分成两路，其中一路经所述环形器输出，通过信号插入器接入至被测射频传输线路，并在射频传输线路中传输的同时产生反向的反射波，反射波返回经过环形器和另一路线性调频信号在所述混频器中进行混频，并进入信号处理单元得到频率差，频率差对应的是反射波的传输时间，传输时间乘以信号传输速度就能够得到该产生反向的反射波的反射点到测试端口的距离，当反射波的强度超过设定的门限，则判定该反射点为故障点，故障点的位置及其物理特性值也就得到了，高精度线性调频信号源包括有压控振荡器、复杂可编程逻辑器件和数模转换，利用三角波的电压线性变化区来控制所述压控振荡器，使所述压控振荡器输出的频率随电压变化而线性变化，复杂可编程逻辑器件和数模转换来控制该线性调频信号的中心频点，所述信号插入器为一种频分双工器。

5.根据权利要求4所述的射频传输线路在线故障定位设备，其特征在于，所述信号处理单元对反射回的信号进行信号处理分析，得出整个传输线路每个位置的回波损耗和驻波值及其所对应的位置，并显示出该整个传输线路中故障所在的具体位置。

6.根据权利要求4至5中任意一项所述的射频传输线路在线故障定位设备，其特征在于，所述射频传输线路在线故障定位设备在所述环形器的输出端连接有能作完备的自检功能的自检负载电路，所述自检负载电路经测试/自检开关与所述环形器连通，利用测试/自检开关能切换至自检通道，对所述自检负载进行检测，完成自检功能。