CN110850239B - 基于sdr平台的漏缆在线监测方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法、设备及存储介质，所述基于SDR平台的漏缆在线监测方法包括：测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号；当所述检测信号在任一待监控漏泄同轴电缆内的反射时，测试单元接收脉冲调频连续波的反射信号；测试单元内的FPGA芯片提取所述反射信号的反射波形，并将反射波形与预设波形进行比较，获取反射信号波形与预设波形之间的频率差；软件无线电模块对所述频率差进行计算。本监测方法集成了SDR技术、FPGA算法及脉冲压缩技术，实现测试单元接收端分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号；如反射信号异常，自动计算异常点位置，并发出告警。
Description
技术领域
本发明涉及漏泄同轴电缆领域，尤其涉及一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法、设备及存储介质。
背景技术
漏泄电缆是漏泄同轴电缆的简称(Leaky Coaxial Cable)通常又简称为泄漏电缆或漏缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。电磁波在漏缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到漏缆内部并传送到接收端。目前，漏缆的频段覆盖在240MHz-2.4GHz以上，适应现有的各种无线通信体制，应用场合包括无线传播受限的地铁、铁路隧道和公路隧道等。
随着信息技术的发展，人们对于信号覆盖需求和信号品质要求越来越高。地铁隧道内使用漏泄同轴电缆作无线信号覆盖，漏泄同轴电缆的场强覆盖具有明显的优越性，是提高运输效率和管理水平、改善服务质量等的重要手段。漏泄电缆的可靠性越来越成为轨道交通行车安全的关键因素。根据铁路无线网络日常运营维护中，漏缆、天馈线等无源部件的故障占整个基站子系统故障的50％以上，其中漏缆接头、射频跳线和天线的故障在无源部件故障中达80％以上。随着国内轨道交通系统运行开通时间的延长，由于设备质量问题或者工程安装问题，部分漏缆所连接的接头、跳线、DC-Block、天线将开始进入故障多发期。
现有的漏泄同轴电缆监控方法无法实现多根漏泄同轴电缆的同时监测。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法、设备及存储介质，尤其涉及一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法，使得多根漏泄同轴电缆能够实现同时监测。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法，所述漏泄同轴电缆监测方法包括：
测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号；
当所述检测信号在任一待监控漏泄同轴电缆内的反射时，测试单元接收脉冲调频连续波的反射信号；
测试单元内的FPGA芯片提取所述反射信号的反射波形，并将反射波形与预设波形进行比较，获取反射信号波形与预设波形之间的频率差；
软件无线电模块对所述频率差进行计算，得出故障等级及故障点位置。
作为一种改进，所述测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号的步骤，具体包括：
所述测试单元发射端发射脉冲调频连续波信号，所述脉冲调频连续波信号经过合路器后分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号。
作为一种改进，在所述测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号的步骤之后，还包括：
所述多个测试单元分别接收对应的反射信号；
所述多个测试单元分别提取对应的反射信号的波形；
软件无线电模块分别将对应的反射信号的波形与预设波形进行对比，获取对比差值，并根据对比差值确定对应的待监控漏泄同轴电缆的故障等级和故障位置；
作为一种改进，所述软件无线电模块分别将对应的反射信号的波形与预设波形进行对比，获取对比差值，并根据对比差值确定对应的待监控漏泄同轴电缆的故障等级和故障位置的步骤，具体包括：
N个测试单元接收端分别接收N个反射的回波；
FPGA芯片内的DSP模块将每一个反射信号与预设信号进行处理并转换成频谱信号；
从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置。
作为一种改进，所述所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的步骤，之后还包括：
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控单元通讯连接；
当软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者预设波形。
作为一种改进，在所述当软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者预设波形的步骤，之后还包括：
当监控中心接收到软件无线电模块发送的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的信息时，监控中心发出预警；
监控中心报告故障位置。
作为一种改进，所述监控漏泄电缆的设备包括：
用于分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号的测试单元发射端，其中，所述检测信号与漏泄同轴电缆内的传输的非检测信号相互不干扰；
用于分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号、并基于接收的反射信号确定对应的待监控漏泄同轴电缆的状态的多个测试单元接收端；
通过FPGA芯片内的DSP模块将反射波形和预设波形结合并转换成频谱信号，从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，软件无线电模块算出对应的待监控漏泄同轴电缆的断点位置；
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控中心通讯连接。
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于SDR平台的漏缆在线监测设备，所述基于SDR平台的漏缆在线监测设备包括：
用于分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号的测试单元发射端，其中，所述检测信号与漏泄同轴电缆内的传输的非检测信号相互不干扰；
用于分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号、并基于接收的反射信号确定对应的待监控漏泄同轴电缆的状态的多个测试单元接收端；
通过FPGA芯片内的DSP模块将反射信号的波形和正常波形结合并转换成频谱信号，从频谱信号内提出频域内的XY轴信息，基于SDR技术，算出漏缆的断点位置；
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控中心通讯连接。
为实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有基于SDR平台的漏缆在线监测程序，所述基于SDR平台的漏缆在线监测程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述基于SDR平台的漏缆在线监测方法的步骤。
本发明提供的技术方案，具有以下优点：
本监测方法集成了SDR技术、FPGA算法及脉冲压缩技术，实现测试单元接收端分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号；如反射信号异常，自动计算异常点位置，并发出告警，实现多根漏泄同轴电缆的实时监测；测试单元内的FPGA芯片基于SDR技术由软件分析频谱计算，得出故障等级及故障点位置；利用SDR技术对射频电路部分实时控制，发射与采样管理，以及信息处理；检测单元设计运用SDR技术，实现设备远程功能配置及升级。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于SDR平台的漏缆在线监测方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的正常波形的局部示意图；
图3为本发明一实施例提供的基于SDR平台的漏缆在线监测设备设备的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参看图1，本发明的一实施方式提供了一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法，应用于漏泄同轴电缆，所述基于SDR平台的漏缆在线监测方法的包括：
步骤S10：测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号；测试单元设计基于SDR技术，FPGA技术以及脉冲压缩技术，并结合以太网/STM技术实现设备远程链接，功能配置及升级；
具体地，所述测试单元发射端发射脉冲调频连续波信号，所述脉冲调频连续波信号经过合路器后分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；在上述测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号的步骤之后，还包括：所述多个测试单元分别接收对应的反射信号；
步骤S20：当所述检测信号在任一待监控漏泄同轴电缆内的反射时，测试单元接收脉冲调频连续波的反射信号；
步骤S30：测试单元内的FPGA芯片提取所述反射信号的反射波形，并将反射波形与预设波形进行比较，获取反射信号波形与预设波形之间的频率差；测试单元接收端分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号；如反射信号异常，自动计算异常点位置，并发出告警，实现多根漏泄同轴电缆的是实时监测。
步骤S40：软件无线电模块对所述频率差进行计算，得出故障等级及故障点位置；具体包括：
所述多个测试单元分别接收对应的反射信号；
所述多个测试单元分别提取对应的反射信号的波形；
软件无线电模块分别将对应的反射信号的波形与预设波形进行对比，获取对比差值，并根据对比差值确定对应的待监控漏泄同轴电缆的故障等级和故障位置；
更为具体地，多个测试单元接收端分别接收N个反射的脉冲调频连续波信号；
软件无线电模块将每一个反射的脉冲调频连续波信号与正常波形进行计算，获得频谱信号。
从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置；在所述从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的步骤，之后还包括：
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控中心通讯连接，其中，所述监控中心为铁路监控中心；具体地，测试单元自身提供以太网/STM光网和以太网RJ45电网接口，以通过以太网网络或者STM网同系统监控中心通讯，报告断点信息以及接受系统监控单元操作。
步骤S50：当测试单元计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者正常波形，在所述当测试单元计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者正常波形的步骤，之后还包括：
当监控中心接收到测试单元发送的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的信息时，监控中心发出预警；
监控中心报告故障位置。
请参看图2，图2所示的波形为标准反射波形，其中，横坐标表示频率，纵坐标表示信号强度，由图2可知，频率为0.09MHz时，信号强度为125.122dBm，频率为0.00MHz时，信号强度为138.882dBm，频率为-0.09MHz时，信号强度为122.641dBm；在一实施例中，，待监控漏泄同轴电缆的数量至少为10。
在一实施例中，可以提取波形的横坐标为0MHz时的信号强度，并且当纵坐标信息差(也就是信号强度差)大于或等于2.5dBm时，判定为故障等级一级，当纵坐标信息差(也就是信号强度差)大于或等于5.0dBm时，判定为故障等级二级，当纵坐标信息差(也就是信号强度差)大于或等于7.5dBm时，判定为故障等级三级；当纵坐标信息差(也就是信号强度差)小于2.5dBm时，判定为故障等级零级，即没有故障发生。
请参看图3，本发明的另一实施方式提供了一种基于SDR平台的漏缆在线监测设备，所述基于SDR平台的漏缆在线监测设备的系统架构在SDR软件平台上，能够实现远程管理；所述基于SDR平台的漏缆在线监测设备设备包括：
用于分别向多个待监控漏泄同轴电缆20发射检测信号的测试单元发射端10，其中，所述检测信号与待监控漏泄同轴电缆20内的传输的非检测信号相互不干扰；
用于分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆20反射出的反射信号、并基于接收的反射信号确定对应的待监控漏泄同轴电缆20的状态的多个测试单元接收端30；
通过软件无线电模块将反射信号的波形和正常波形结合并转换成频谱信号，并通过基于SDR(Software Defined Radio，软件无线电)的软件程序从频谱信号内提出频域内的XY轴信息，并通过XY轴信息算出漏缆的断点位置；
测试单元利用SDR技术对其射频电路部分实时控制，发射与采样管理；
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控中心40通讯连接。
本发明的另一实施方式提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有基于SDR的漏泄同轴电缆监测程序，所述漏泄同轴电缆监测程序被单个测试单元读取，为测试单元提供OS操作系统，提供设备机能协调的基础；存储SDR(软件无线电)功能部分的核心软件部分，以对此监测设备RF(射频)电路，以及发射信号进行统一软件管理；存储DSP功能的软件部分。所述监控电缆程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述监控电缆方法的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于SDR平台的漏缆在线监测方法，其特征在于，所述基于SDR平台的漏缆在线监测方法包括：
测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号；具体地，所述测试单元发射端发射脉冲调频连续波信号，所述脉冲调频连续波信号经过合路器后分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；
当所述检测信号在任一待监控漏泄同轴电缆内的反射时，测试单元接收脉冲调频连续波的反射信号；
测试单元内的FPGA芯片提取所述反射信号的反射波形，并将反射波形与预设波形进行比较，获取反射信号波形与预设波形之间的频率差；
软件无线电模块对所述频率差进行计算，得出故障等级及故障点位置。
2.如权利要求1所述的基于SDR平台的漏缆在线监测方法，其特征在于，在所述测试单元分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号；其中，所述检测信号为脉冲调频连续波信号的步骤之后，还包括：
多个测试单元分别接收对应的反射信号；
多个测试单元分别提取对应的反射信号的波形；
软件无线电模块分别将对应的反射信号的波形与预设波形进行对比，获取对比差值，并根据对比差值确定对应的待监控漏泄同轴电缆的故障等级和故障位置。
3.如权利要求2所述的基于SDR平台的漏缆在线监测方法，其特征在于，所述软件无线电模块分别将对应的反射信号的波形与预设波形进行对比，获取对比差值，并根据对比差值确定对应的待监控漏泄同轴电缆的故障等级和故障位置的步骤，具体包括：
N个测试单元接收端分别接收N个反射的回波；
FPGA芯片内的DSP模块将每一个反射信号与预设信号进行处理并转换成频谱信号；
从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置。
4.如权利要求3所述的基于SDR平台的漏缆在线监测方法，其特征在于，所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，通过软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的步骤，之后还包括：
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控单元通讯连接；
当软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者预设波形。
5.如权利要求4所述的基于SDR平台的漏缆在线监测方法，其特征在于，在所述当软件无线电模块计算出对应的待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者监控中心向测试单元发送调阅命令时，测试单元通过光纤向监控中心发送待监控漏泄同轴电缆的故障位置或者预设波形的步骤，之后还包括：
当监控中心接收到软件无线电模块发送的待监控漏泄同轴电缆的故障位置的信息时，监控中心发出预警；
监控中心报告故障位置。
6.一种基于SDR平台的漏缆在线监测设备，其特征在于，所述基于SDR平台的漏缆在线监测设备包括：
用于分别向多个待监控漏泄同轴电缆发射检测信号的测试单元发射端，其中，所述检测信号与漏泄同轴电缆内的传输的非检测信号相互不干扰；
用于分别接收与其对应的待监控漏泄同轴电缆反射出的反射信号、并基于接收的反射信号确定对应的待监控漏泄同轴电缆的状态的多个测试单元接收端；
通过FPGA芯片内的DSP模块将反射波形和预设波形结合并转换成频谱信号，从所述频谱信号内获取频域内的XY轴信息，软件无线电模块算出对应的待监控漏泄同轴电缆的断点位置；
测试单元通过以太网网络或者STM网与监控中心通讯连接。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有基于SDR平台的漏缆在线监测程序，所述基于SDR平台的漏缆在线监测程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至5中任一项所述的基于SDR平台的漏缆在线监测方法的步骤。
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