CN109760723A

CN109760723A - 一种新型铁路道口预警设备

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Publication number: CN109760723A
Application number: CN201811141276.6A
Authority: CN
Inventors: 李立
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN109760723B

Abstract

一种新型铁路道口预警设备，通过在无线收/发单元6与天线7之间的射频接口15处串接一个射频信号监测单元21，通过能量耦合的方式，获取到一部分收/发单元6发射的无线射频信号和天线7所反射回来的无线射频信号，并通过信号处理和分析，实现了对新型道口预警设备发送道口无线预警信号的信号质量和功能的全过程检测，并实现了对新型道口预警设备的发射功率、天线7驻波比等关键性能参数指标的检测和监测功能。克服了传统铁路道口预警设备不能检测、评判自身发射的无线预警信号的质量和功能的设计缺陷，提高了设备的安全性和可靠性。

Description

一种新型铁路道口预警设备

技术领域

本发明涉及铁路道口安全防护领域，涉及一种新型的铁路道口预警设备。

背景技术

铁路道口预警设备是为了监护铁路道口安全防护而应用的设备，安装于铁路的道口房内。在发生过往车辆停留在道口、无法通过等紧急情况时，可以通过道口预警设备发射无线预警信号、及时通知机车司机采取紧急制动，将列车拦停，防止车毁人亡重大事故的发生。

2003年，原铁道部运输局发布了《800MHz列尾和列车安全预警系统主要技术条件(暂行)》(运基通信〔2003〕349号)，规范了铁路道口预警设备的主要功能、系统设备组成及系统和设备的主要技术条件。

传统铁路道口预警设备主要由主机1、显示屏2及扬声器3构成(图1)；道口预警设备主机1包括主控单元4、显示单元5、无线收/发单元6、天线7、存储单元8、卫星定位单元9、电源单元10、电池单元11和卫星定位天线12等；主机1设有报警按键、电源开关、自检按键、确认按键、显示屏接口13、扬声器接口14、天线接口15、卫星定位天线接口16、维护接口17、网管接口18、数据下载接口19、外部电源接口20、运行灯、报警灯等。如不做说明，天线7包含有连接天线的馈线部分。

当按压传统道口预警设备主机上的自检按键启动自检功能时，仅能检测设备主控单元2、显示单元3及扬声器3等控制电路的工作状态和逻辑控制功能是否正常，不能检测、评判无线收/发单元6发射无线预警信号的信号质量和功能是否良好，存在设计缺陷。日常维护中发现，存在道口预警设备自检合格的情况下，按压报警键时却不能成功发射道口无线预警信号的问题。

同时，如果天线7驻波比过大，会降低道口预警设备所发射的无线预警信号通过天线发射出去的功率，导致道口预警设备的预警范围缩小、甚至失效；严重时，如果驻波比过大，会烧坏无线收/发单元6、导致道口预警设备的预警功能失效。目前，传统铁路道口预警设备的自检功能，均均不具备对天线7驻波比的检测和监测功能。

因此，需要发明一种新型铁路道口预警设备：(1)按压自检按键或以其他方式启动自检功能时，设备能够对新型铁路道口预警设备发射无线预警信号的全过程进行检测；(2)按压自检按键或以其他方式启动自检功能时，能够检测无线收/发单元6是否正常发出了道口无线预警射频信号；(3)按压自检按键或以其他方式启动自检功能时，能够检测无线收/发单元6的发射功率；(4)按压自检按键或以其他方式启动自检功能时，能够检测新型铁路道口预警设备的天馈线系统驻波比；(5)当新型道口预警设备发射无线预警信号时，能够自动检测出其所发射的无线预警信号的功率、评判所发出的预警信息是否正确；(6)新型铁路道口预警设备发射无线预警信号时，能够检测天线7的驻波比。

本发明通过在新型铁路道口预警设备的无线收/发单元6与天线7之间的射频接口15处串接一个射频信号监测单元21(图2)，通过能量耦合的方式，获取到一部分收/发单元6发射的无线射频信号和天线7所反射回来的无线射频信号，并通过信号处理和分析，判断新型铁路道口预警设备是否可以成功发送道口无线预警信号并评判所发出的无线预警信号是否正确，实现对无线收/发单元6发射功率的检测，实现对天线7驻波比的检测。

本发明具有如下特点：新型铁路道口预警设备的自检功能，较传统铁路道口预警设备，新增了对射频信号的监测功能，克服了传统铁路道口预警设备不能检测、评判无线收/发单元6发射无线预警信号的信号质量和功能是否良好的缺陷，提高了设备的安全性和可靠性。

发明内容

本发明通过在无线收/发单元6与天线7之间的射频接口15处串接一个射频信号监测单元21，通过能量耦合的方式，获取到一部分收/发单元6发射的无线射频信号和天线7所反射回来的无线射频信号，并通过信号处理和分析，实现了对新型铁路道口预警设备是否成功发送道口无线预警信号的评判与无线收/发单元6射频信号的发射功率以及检测天线7的驻波比的检测功能。本发明的技术方案为：

(1)新型铁路道口预警设备(图2)，由主机1、显示屏2及扬声器3构成；主机1包括主控单元4、显示单元5、无线收/发单元6、天线7、存储单元8、卫星定位单元9、电源单元10、电池单元11和卫星定位天线12等；道口预警设备主机1设有报警按键、电源开关、自检按键、确认按键、显示屏接口13、扬声器接口14、天线接口15、卫星定位天线接口16、维护接口17、网管接口18、数据下载接口19、外部电源接口20、射频信号监测单元21(图3)、运行灯、报警灯等组成。

(2)射频信号监测单元21由信号处理模块22和信号获取模块23等两个功能模块组成；射频信号监测单元21串接于无线收/发单元6与天线7之间(图2)

(3)信号获取模块22，属于无源器件，通过能量耦合的方式，获取一部分无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)，记做与P_out(f_down)的功率比为(公式1)；获取到一部分从天线7反射回的、由无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)的反射信号记做与的功率比为(公式2)；与P_out(f_down)的功率比为(公式3)；f_down为收/发单元6发射的无线射频信号载波中心频率。信号获取模块22将和发送给信号处理模块23。

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

(4)信号处理模块23通过处理和分析和实现3个基本功能：①由公式1计算得到P_out(f_down)的功率值、发送给主控单元4，实现对无线收/发单元6发射功率的检测；②由公式4计算得到天线7驻波比VSWR(f_down)、发送给主控单元4，实现对天线7驻波比的检测；③当新型道口预警设备正常发射道口无线预警信号时，通过解调得到道口无线预警信号中所携带的预警信息、发送给主控单元4。

(5)按压新型铁路道口预警设备上的自检按键时，主控单元4控制收/发单元6发射检测专用载波射频信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过(3)、(4)中所述原理，将检测得到的无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)等结果发送给主控单元4；如果P_out(f_down)携带有特定的自检专用信息，则解调并将解调结果发送给主控单元4。

(6)主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的⑤中所述信息后，评判道口预警设备1是否能够成功发送道口无线预警信号、无线收/发单元6的发射功率是否符合要求、天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

(7)按压新型道口预警设备上的报警按键时，主控单元4控制收/发单元6正常发射道口无线预警信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过(3)、(4)中所述原理，将无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)发送给主控单元4；解调并将解调结果发送给主控单元4。

(8)主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的⑦中所述信息后，评判新型道口预警设备是否已成功发送了道口无线预警信号、道口无线预警信号中所携带的预警信息是否正确，评判无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)是否符合要求，评判天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

(9)主控单元4将⑥、⑧中所述检测得到的无线收/发单元6发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)和相关评判结论、告警信息等检测结果发送给显示屏2显示、发送给存储单元8存储；也可由维护接口17、网管接口18、数据下载接口19等发送给外部连接的设备。

(10)可以通过维护接口17、网管接口18等向铁路道口预警设备发送指令启动自检功能，相关检测结果可以通过维护接口17、网管接口18反馈给指定设备。

(11)新型铁路道口预警设备应具有传统铁路道口预警设备的各项功能，满足国家、中国铁路总公司(原中华人民共和国铁道部)等有关道口预警设备的技术条件或标准，当技术条件或标准变化时以有效的技术条件或标准为准。

本发明和现有技术相比所具有的应用优势：新型铁路道口预警设备所具有的自检功能，能够全面评判新型铁路道口预警设备的道口预警功能是否良好，同时能够检测并评判新型铁路道口预警设备的发射功率是否合格，天线7驻波比是否良好。这些新的功能，克服了传统铁路道口预警设备开启自检功能时，仅能检测主控单元4、显示单元5及扬声器3等控制电路的工作状态和逻辑控制功能是否正常，无法检测无线收/发单元6发射无线预警信号的功能和信号质量的问题，完善了道口预警设备自检功能中的故障诊断功能，提高了设备的安全性和可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

附图说明

图1传统道口预警设备构成示意图。

图2新型道口预警设备构成示意图(射频信号监测单元独立设置型)。

图3射频信号监测单元主要信息处理原理示意图。

图4新型道口预警设备构成示意图(射频信号监测单元与无线收/发单元集成型)。

图5新型道口预警设备构成示意图(信号处理模块与主控单元集成型)。

图6射频信号监测单元主要信息处理原理示意图(信号处理模块与主控单元集成)。

图7新型道口预警设备构成示意图(信号获取模块与无线收/发单元集成型)。

图8射频信号监测单元主要信息处理原理示意图(信号获取模块与无线收/发单元集成)。

图9新型道口预警设备构成示意图(不独立设置射频信号监测单元功能实体型)。

图10射频信号监测单元主要信息处理原理示意图(不独立设置射频信号监测单元功能实体)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施方式一

一种新型铁路道口预警设备，如图2所示，其特征在于：

步骤a:新型铁路道口预警设备(图2)，由主机1、显示屏2及扬声器3构成；道口预警设备主机1包括主控单元4、显示单元5、无线收/发单元6、天线7、存储单元8、卫星定位单元9、电源单元10、电池单元11和卫星定位天线12等；道口预警设备主机1设有报警按键、电源开关、自检按键、确认按键、显示屏接口13、扬声器接口14、天线接口15、卫星定位天线接口16、维护接口17、网管接口18、数据下载接口19、外部电源接口20、射频信号监测单元21(图3)、运行灯、报警灯等组成。

步骤b:新型铁路道口预警设备具有传统铁路道口预警设备的各项功能，符合国家、中国铁路总公司(原中华人民共和国铁道部)等有关铁路专用道口预警设备的技术要求。

步骤c:射频信号监测单元21作为一个独立的功能单元，串接于无线收/发单元6与天线7之间；射频信号监测单元21由两部分组成，信号获取模块22和信号处理模块23。

步骤d:采用一个定向双向耦合器作为信号获取模块22，得到并发送给信号处理模块23。

步骤e:信号获取模块22，属于无源器件，通过能量耦合的方式，获取一部分无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)、记做与P_out(f_down)的功率比为(公式1)；获取到一部分从天线7反射回的、由无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)的反射信号P^rflx(f_down)、记做与P^rflx(f_down)的功率比为(公式2)；与P_out(f_down)的功率比为(公式3)；f_down为收/发单元6发射的无线射频信号载波中心频率。信号获取模块22将和发送给信号处理模块23。

步骤f:信号处理模块23通过处理和分析和实现3个基本功能：(1)由公式1计算得到P_out(f_down)的功率值、发送给主控单元4，实现对无线收/发单元6发射功率的检测；(2)由公式4计算得到天线7驻波比VSWR(f_down)、发送给主控单元4，实现对天线7驻波比的检测；(3)当新型道口预警设备正常发射道口无线预警信号时，通过解调得到道口无线预警信号中所携带的预警信息、发送给主控单元4。

步骤g:按压新型铁路道口预警设备上的自检按键时，主控单元4控制收/发单元6发射检测专用载波射频信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过(3)、(4)中所述原理，将检测得到的无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)等结果发送给主控单元4；如果P_out(f_down)携带有特定的自检专用信息，则解调并将解调结果发送给主控单元4。

步骤h:主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的(5)中所述信息后，评判道口预警设备1是否能够成功发送道口无线预警信号、无线收/发单元6的发射功率是否符合要求、天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

步骤i:按压新型道口预警设备上的报警按键时，主控单元4控制收/发单元6正常发射道口无线预警信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过(3)、(4)中所述原理，将无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)发送给主控单元4；解调并将解调结果发送给主控单元4。

步骤j:主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的(7)中所述信息后，评判新型道口预警设备是否已成功发送了道口无线预警信号、道口无线预警信号中所携带的预警信息是否正确，评判无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)是否符合要求，评判天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

步骤k:主控单元4将(6)、(8)中所述检测得到的无线收/发单元6发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)和相关评判结论、告警信息等检测结果发送给显示屏2显示、发送给存储单元8存储；也可由维护接口17、网管接口18、数据下载接口19等发送给外部连接的设备。

实施方式二

一种新型铁路道口预警设备，如图4所示，其特征在于：

步骤a:与实施方案一不同的是，由功能单元24实现无线收/发单元6和射频信号监测单元21的功能(图4)。

实施方式三

一种新型铁路专用道口预警设备，如图5所示，其特征在于：

步骤a:与实施方案一、二不同的是，功能单元25(图6)实现主控单元4和信号处理模块23的功能，信号监测单元21仅实现信号获取模块22的功能(图6)。

实施方式四

一种新型铁路专用道口预警设备，如图7所示，其特征在于：

步骤a:与实施方案一、二、三不同的是，功能单元26(图8)实现无线收/发单元6和信号获取模块22的功能，信号监测单元21仅实现信号处理模块23的功能(图8)。

实施方式五

一种新型铁路专用道口预警设备，如图9所示，其特征在于：

步骤a:与实施方案一、二、三、四不同的是，功能单元25(图10)实现信号处理模块23与主控单元4的功能，功能单元26(图10)实现信号获取模块22与无线收/发单元6的功能(图10)。

Claims

1.本发明提出了一种新型铁路道口预警设备(图2)，通过在无线收/发单元6与天线7之间的射频信号监测单元21，实现了对道口预警设备发送无线预警信息时的全过程模拟检测、实现了对无线预警信息的正确性检验、实现了对无线收/发单元6的发射功率检测、实现了对天线7的驻波比检测等功能。本发明的技术方案为：

①新型铁路道口预警设备(图2)，由主机1、显示屏2及扬声器3构成；主机1包括主控单元4、显示单元5、无线收/发单元6、天线7、存储单元8、卫星定位单元9、电源单元10、电池单元11和卫星定位天线12等；道口预警设备主机1设有报警按键、电源开关、自检按键、确认按键、显示屏接口13、扬声器接口14、天线接口15、卫星定位天线接口16、维护接口17、网管接口18、数据下载接口19、外部电源接口20、射频信号监测单元21(图3)、运行灯、报警灯等组成。

②射频信号监测单元21由信号获取模块22和信号处理模块23等两个功能模块组成；射频信号监测单元21串接于无线收/发单元6与天线7之间(图2)。

③信号获取模块22，属于无源器件，通过能量耦合的方式，获取一部分无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)、记做与P_out(f_down)的功率比为获取到一部分从天线7反射回的、由无线收/发单元6发射出的无线射频信号P_out(f_down)的反射信号P^rflx(f_down)、记做与P^rflx(f_down)的功率比为与P_out(f_down)的功率比为f_down为收/发单元6发射的无线射频信号载波中心频率。信号获取模块23将和发送给信号处理模块23。

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

④信号处理模块23通过处理和分析和实现3个基本功能：(1)由公式1计算得到P_out(f_down)的功率值、发送给主控单元4，实现对无线收/发单元6发射功率的检测；(2)由公式4计算得到天线7驻波比VSWR(f_down)、发送给主控单元4，实现对天线7驻波比的检测；(3)当新型道口预警设备正常发射道口无线预警信号时，通过解调得到道口无线预警信号中所携带的预警信息、发送给主控单元4。

⑤按压新型铁路道口预警设备上的自检按键时，主控单元4控制收/发单元6发射检测专用载波射频信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过③、④中所述原理，将检测得到的无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)等结果发送给主控单元4；如果P_out(f_down)携带有特定的自检专用信息，则解调并将解调结果发送给主控单元4。

⑥主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的⑤中所述信息后，评判道口预警设备1是否能够成功发送道口无线预警信号、无线收/发单元6的发射功率是否符合要求、天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

⑦按压新型道口预警设备上的报警按键时，主控单元4控制收/发单元6正常发射道口无线预警信号P_out(f_down)，射频信号监测单元21通过③、④中所述原理，将无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)发送给主控单元4；解调并将解调结果发送给主控单元4。

⑧主控单元4收到射频信号监测单元21发送过来的⑦中所述信息后，评判新型道口预警设备是否已成功发送了道口无线预警信号、道口无线预警信号中所携带的预警信息是否正确，评判无线收/发单元6的发射功率P_out(f_down)是否符合要求，评判天线7的驻波比是否符合要求，并针对不符合要求的检测结果，产生相应的告警信息。

⑨主控单元4将⑥、⑧中所述检测得到的无线收/发单元6发射功率P_out(f_down)、天线7驻波比VSWR(f_down)和相关评判结论、告警信息等检测结果发送给显示屏2显示、发送给存储单元8存储；也可由维护接口17、网管接口18、数据下载接口19等发送给外部连接的设备。

⑩可以通过维护接口17、网管接口18等向铁路道口预警设备发送指令启动自检功能，相关检测结果可以通过维护接口17、网管接口18反馈给指定设备。

新型铁路道口预警设备应具有传统铁路道口预警设备的各项功能，应满足国家、中国铁路总公司(原中华人民共和国铁道部)等有关道口预警设备的技术条件或标准，当技术条件或标准变化时、以有效的技术条件或标准为准。

2.根据权利要求1所述的步骤②中的射频信号监测单元21，应串接于无线收/发单元6与天线7之间；信号处理模块23故障时，不应影响道口预警设备的报警功能；信号获取模块22的射频信号获取功能失效时，不应影响道口预警设备的报警功能。

3.根据权利要求1所述步骤②中，射频信号监测单元21可以由一个独立的功能模块实体实现(图2)，也可以全部或部分由其他功能单元实现：(1)功能单元24实现无线收/发单元6和射频信号监测单元21的功能(图4)；(2)功能单元25(图5)实现主控单元4和信号处理模块23的功能，信号监测单元21仅实现信号获取模块22的功能(图6)；(3)功能单元26(图7)实现无线收/发单元6和信号获取模块22的功能，信号监测单元21仅实现信号处理模块23的功能(图8)；(4)功能单元25(图9)实现信号处理模块23与主控单元4的功能，功能单元26(图9)实现信号获取模块22与无线收/发单元6的功能(图10)。

4.根据权利要求1所述的步骤②、③中的信号获取模块22，属于无源器件，其主要功能是通过能量耦合的方式，获取和与P^rflx(f_down)、与P^rflx(f_down)、与P_out(f_down)的射频特性保持一致；等作为表征信号获取模块22射频特性的主要参数，其数值仅与信号获取模块22的物理结构、材质及加工工艺相关。

5.根据权利要求1所述的步骤②、④中，射频信号监测单元21是实现权利要求1所属步骤④、⑥、⑧相关检测和监测功能的关键功能单元；信号处理模块23所具备的如权利要求1所属的步骤④中的3个基本功能，为主控单元4评判新型道口预警设备是否能够成功发送道口无线预警信号、无线收/发单元6的发射功率是否符合要求、天线7驻波比是否符合要求等提供基础数据。

6.根据权利要求1所述步骤⑤中，当按压新型铁路道口预警设备上的自检按键时，主控单元4控制无线收/发单元6发射检测专用载波射频信号，可不携带任何有效的道口预警信息，也可携带特定的自检专用信息；按压自检按键时，新型铁路道口预警设备发射检测专用载波射频信号时的逻辑控制过程和电气动作，与发送真实的道口无线预警信号完全相同。

7.根据权利要求1所述步骤⑩中，可以通过维护接口17、网管接口18等向铁路专用道口预警设备发送指令、启动铁路道口预警设备的自检功能，其效果与权利要求1所述步骤⑤中，按压新型铁路道口预警设备上的自检按键、启动铁路道口预警设备的自检功能完全相同；发送指令的形式与方式不限。