CN114812649A - 一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，包括：控制终端、信号发生单元、地址检测单元以及供电设备；控制终端生成参数信息并发送给信号发生单元；信号发生单元用于根据参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；地址检测单元接收环线模拟信号并根据环线模拟信号获得所述交叉感应环线的属性信息并根据属性信息进行测试；属性信息包括：飞车的绝对位置信息、相对位置信息以及方向信息；供电设备为信号发生单元以及地址检测单元提供供电电压。上述系统能够根据不同的参数信息以及飞车的实际运行信息模拟超高速运行环境中交叉感应环线生成的感应电压信号，验证感应环线系统对超高速环境的适应性。

Description

一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统

技术领域

本发明涉及超高速飞行器领域，具体涉及一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统。

背景技术

高速飞行列车是一种超高速的磁悬浮列车，属于大系统工程，通常由列车分系统、真空线路分系统、运行控制分系统、悬浮推进分系统等构成。交叉感应环线作为一种非接触式的定位测速系统，能够满足牵引控制和运行控制对定位精度和响应速度的需求，适用于低、中、高甚至超高速磁悬浮列车。感应环线的工作原理是：车上的天线单元在空间中激发高频交变磁场，地面环线通过电磁感应原理获得感应电压信号，地址检测单元通过对此感应电压信号进行解算得到列车位置与速度信息。

在交叉感应环线应用于高速飞行列车定位测速之前，需要验证交叉感应环线在超高速环境中的适应性，并实现与牵引和运控系统的联调对接试验，以保证其可靠性和安全性。

由于一般对感应环线的研究都是基于天线单元和地面环线之间的真实相对运动来进行研究的，因此感应环线的高速适应性试验以及与牵引控制系统和运行控制系统联调对接试验依赖于超高速的试验环境，需要耗费大量的资源；而且，按照试验要求改变高速载体的运动参数较为困难，因此需要研究一种交叉感应环线的半实物测试系统，从速度上模拟高速飞行列车的实际运行参数，并生成跟真实环境中相同的地面环线的感应电压信号，从而在不依赖运动载体(高速飞行列车)的情况下，完成交叉感应环线在高速下自身功能的验证，以及和牵引、运控系统的联调对接。

发明内容

鉴于上述现有技术中的测试系统依赖于超高速的试验环境，需要耗费大量的资源的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统。

依据本发明的一个方面，提供一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，包括：

控制终端、信号发生单元、地址检测单元以及供电设备；

所述控制终端生成参数信息并发送给信号发生单元；

所述信号发生单元用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；

所述地址检测单元接收所述环线模拟信号并根据所述环线模拟信号获得所述交叉感应环线的属性信息并根据所述属性信息进行测试；所述属性信息包括：飞车的绝对位置信息、相对位置信息以及速度信息；

所述供电设备为所述信号发生单元以及地址检测单元提供供电电压。

优选的，所述系统还包括：牵引单元，所述牵引单元用于向所述信号发生单元提供飞车的速度信息与位置信息。

优选的，所述系统还包括：光纤，所述光纤位于所述牵引单元与地址检测单元之间，所述地址检测单元将获取的所述相对位置信息以及速度信息通过所述光纤输出给所述牵引单元。

优选的，所述系统还包括：运控单元，所述运控单元用于接收所述地址检测单元提供的飞车的绝对位置信息并为所述牵引单元提供防护曲线及进路许可。

优选的，所述系统还包括：以太网，所述地址检测单元通过所述以太网将所述绝对位置信息发送给所述运控单元。

优选的，所述信号发生单元包括：

电源模块、主控模块以及接口模块；

所述电源模块连接所述供电设备，用于接收所述供电设备的供电电压并向所述信号发生单元提供电力；

所述主控模块用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；

所述接口模块与所述地址检测单元连接，用于将所述主控模块生成的环线模拟信号输出至所述地址检测单元。

优选的，所述信号发生单元通过所述接口模块向地址检测单元发送多路环线模拟信号。

优选的，所述主控模块包括：处理单元、数模转换器以及调制器；

所述处理单元根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线数字信号；

所述数模转换器将所述环线数字信号转换为环线模拟信号；

所述调制器将所述环线模拟信号调制在载波上并输出多路环线模拟信号。

优选的，所述地址检测单元还用于接收并调节飞车的姿态变化，所述姿态变化包括：悬浮、左右导向、仰俯、偏航以及滚转。

优选的，所述控制终端还用于输入故障信息；所述信号发生单元还用于根据所述故障信息输出故障模拟信号；所述地址检测单元还用于接收所述故障模拟信号并对故障类型进行判断。

本发明所述的超高速环境下交叉感应环线的测试系统能够根据不同的参数信息以及飞车的实际运行信息模拟超高速运行环境中交叉感应环线生成的感应电压信号，验证感应环线系统对超高速环境的适应性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统结构示意图；

图2为本发明实施例中另一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统结构示意图；

图3为本发明实施例中另一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统结构示意图；

图4为本发明实施例中信号发生单元结构示意图；

图5为本发明实施例中主控模块结构示意图。

【附图标记说明】

10、控制终端；20、信号发生单元；30、地址检测单元；40、供电设备；50、牵引单元；60、运控单元；201、电源模块；202、主控模块；203、接口模块；2021、处理单元；2022、数模转换器；2023、调制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明实施例提供一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，如图1所示，包括：

控制终端10、信号发生单元20、地址检测单元30以及供电设备40；

所述控制终端10生成参数信息并发送给信号发生单元20；其中，控制终端10 可以采用工控机实现。具体的，所述控制终端包含人机交互界面，可以用于配置参数信息、管理测试任务、进行数据监测、显示与保存等。

所述信号发生单元20用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；其中，信号发生单元20的主要作用是作为感应环线的代替对飞车进行定位测速并通过输出感应电压的形式生成环线模拟信号。具体的，飞车的实际环境可以由实际场景获取，或者由控制终端10发送的参数信息以及直接提供给信号发生单元的飞车的位置信息、速度信息来表征。一般对感应环线的研究都是基于天线单元和地面环线之间的真实相对运动来进行研究的，现有技术中，是通过天线单元和感应环线来实现飞车实际环境的模拟，但是天线单元和感应环线之间的相对运动速度达到1000km/h，因此，没有办法验证在1000km/h速度下，因此本发明实施例中用信号发生单元代替天线单元和感应环线，通过控制终端来设置参数信息，信号发生单元模拟出1000km/h下环线中的电压信号并以环线模拟信号的形式直接输出给地址检测单元，环线模拟信号能够根据设定的参数信息以及飞车的位置信息和速度信号模拟出列车的各种工况，从而达到代替车载子系统和感应环线子系统的目的。地址检测单元能够对环线中产生的感应电压信号完成解算并获得位置和速度信息。就能够验证地址检测单元对于1000km/h速度的适应性。

所述地址检测单元30接收所述环线模拟信号并根据所述环线模拟信号获得所述交叉感应环线的属性信息并根据所述属性信息进行测试；所述属性信息包括：飞车的绝对位置信息、相对位置信息以及速度信息；具体的，所述地址检测单元30属于高速飞车地面站子系统中的一种嵌入式设备，是一个3U机箱，主要用于对感应环线中的感应电压信号进行结算以得到属性信息。在本发明实施例中，所述地址检测单元30直接与信号发生单元20连接并根据信号发生单元提供的环线模拟信号，大大简化了测试系统。

所述供电设备40为所述信号发生单元20以及地址检测单元30提供供电电压。具体的，所述供电设备40将220V的交流电AC转为24V的直流电DC，以给整个系统中的信号发生单元20以及地址检测单元30供电。

本发明实施例所述的系统能够根据不同的参数信息以及飞车的实际运行信息模拟超高速运行环境中交叉感应环线生成的感应电压信号，验证感应环线系统对超高速环境的适应性。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，如图2所示，所述系统还包括：牵引单元50，所述牵引单元50用于向所述信号发生单元20提供飞车的速度信息与位置信息。其中，所述牵引单元50用于根据列车的位置信息和速度信息作为牵引控制算法的输入，以完成牵引的控车，本发明实施例中所述牵引单元是采用实物实现的飞车。在本发明实施例中，所述牵引单元不仅需要根据飞车的位置信息和速度信息进行控车，还需要向信号发生单元20提供飞车实际的速度和位置以便所述信号发生单元20根据牵引单元提供的信息生成环线模拟信号以实现牵引的闭环控制。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，所述系统还包括：光纤，所述光纤位于所述牵引单元与地址检测单元之间，所述地址检测单元将获取的所述相对位置信息以及速度信息通过所述光纤输出给所述牵引单元。具体的，所述地址检测单元获取属性信息后，将属性信息中的相对位置信息以及速度信息通过所述光纤输出给所述牵引单元，以实现牵引的控车。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，如图3所示，所述系统还包括：运控单元60，所述运控单元60用于接收所述地址检测单元提供的飞车的绝对位置信息并为所述牵引单元50提供防护曲线及进路许可。

具体的，运控单元60根据地址检测单元输出的绝对位置信息作为输入，以判断牵引单元50的实时位置，并监测是否超速，进而提供防护曲线及进路许可。其中，进路许可是指运控单元60对飞车采用分段控制，将整条线路划分为多个运控区间，在飞车进入每一个运控区间之前，运控单元60会给即将进入该区间内的车辆发放进路许可(允许进入该区间)；防护曲线是指运控单元60需要限定飞车在每个时刻、每个位置的速度上限，飞车的真实速度不能超过此上限值，否则就会触发紧急制动。

因此，本发明实施例中的系统中的系统通过牵引单元提供高速飞行列车的实际运行参数，并通过信号发生单元输出跟真实环境中相同的地面环线的环线模拟信号，从而在不依赖运动载体(高速飞行列车)的情况下，完成交叉感应环线在高速下自身功能的验证，同时实现与牵引单元和运控单元的联调对接试验。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，所述系统还包括：以太网，所述地址检测单元通过所述以太网将所述绝对位置信息发送给所述运控单元。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，如图4所示，所述信号发生单元20包括：

电源模块201、主控模块202以及接口模块203；

所述电源模块201连接所述供电设备40，用于接收所述供电设备40的供电电压并向所述信号发生单元20提供电力；

所述主控模块202用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；其中，所述参数信息至少包括：感应环线的数量、交叉间距、分区长度、主/从载波信号频率等，所述主控模块202根据不同的测试需要可以获取不同的参数信息。所述环线模拟信号的强弱和悬浮高度的定性关系为：高度越高，信号越弱，具体定量关系需要根据试验结果得到；具体的，所述环线模拟信号的强弱通过实时速度得到的悬浮高度确定，环线模拟信号的调制周期由环线交叉间距和飞车的实时速度共同确定。其中，交叉间距为L，实时速度为v，则调制周期为：T＝L/v。因此，所述主控模块202根据实际获取的数据以及上述公式确定好环线模拟信号的强弱和悬浮高度。而飞车的位置信息、速度信息是由牵引单元实时发送的。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，所述信号发生单元20通过所述接口模块向地址检测单元发送多路环线模拟信号。

具体的，环线模拟信号的路数与飞车所在的真实场景相同，是根据感应环线的分区长度和交叉间距确定的。其中，分区长度为614.4m，交叉间距为L＝150mm，则环线模拟信号的路数n可以通过下述公式求得：

150mm×2ⁿ＞614.4m

最终得到n＝13。

所述接口模块203与所述地址检测单元30连接，用于将所述主控模块202生成的环线模拟信号输出至所述地址检测单元30。

较佳的，上述电源模块201、主控模块202以及接口模块203设置在一个3U机箱内，以便在不同的测试环境中搬运。

本发明较佳的实施例中，还包括验证单元，所述验证单元通过有限元方式对飞车在超高速下的电磁感应部分进行仿真，得到飞车在一定速度下，感应环线生成的感应电压信号，并通过所述感应电压信号验证信号发生单元输出的环线模拟信号的准确性。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，如图5所示，所述主控模块202包括：处理单元2021、数模转换器2022以及调制器2023；

所述处理单元2021根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线数字信号；

所述数模转换器2022将所述环线数字信号转换为环线模拟信号；

所述调制器2023将所述环线模拟信号调制在载波上并输出多路环线模拟信号。

具体的，所述调制器2023将多路环线模拟信号进行调制，将飞车的位置信息、速度信息携带在所述环线模拟信号上并发送给地址检测单元，并由所述地址检测单元采集来自所述信号发生单元中的所述主控模块提供的环线模拟信号后，先对所述环线模拟信号进行模数转换，通过高速数字处理电路解码还原位置信息，还原的位置信息包括，绝对位置信息与相对位置信息，并根据相对位置信息计算出电机相位角、方向信息等，通过光纤输出给牵引单元，通过以太网输出给运控单元。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，所述地址检测单元还用于接收并调节飞车的姿态变化，所述姿态变化包括：悬浮、左右导向、仰俯、偏航以及滚转。具体的，由于飞车在实际运行中会发生姿态变化，具体包括悬浮高度、左右导向、俯仰、偏航和滚转等姿态的变化，因此本发明实施例中的牵引单元还会模拟上述姿态的变化并输出实际的速度信号以及位置信号至信号发生单元，所述信号发生单元根据上述实际的速度信号以及位置信号模拟飞车在支撑状态和悬浮状态不同工况下的连续变化的环线模拟信号，地址检测单元通过调节增益和自动浮高的方式来消除姿态变化对位置检测精度带来的影响，可以验证交叉环线对飞车的姿态变化和超高速运行两个因素耦合的适应性。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，所述控制终端还用于输入故障信息；所述信号发生单元还用于根据所述故障信息输出故障模拟信号；所述地址检测单元还用于接收所述故障模拟信号并对故障类型进行判断。具体的，所述故障类型包括：主载波单元失效、环线开路、环线短路等。所述控制终端输入上述故障类型相关的故障信息后，信号发生单元根据输入的故障信息对生成的环线模拟信号进行相应的调整后生成故障模拟信号并发送给地址检测单元，所述地址检测单元根据故障模拟信号对故障的类型进行判断，并发送给所述控制终端以进行结果输出。

本发明具体实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，较佳的，如图3所示，所述信号发生单元还用于向所述控制终端输出所述环线模拟信号以进行显示；所述地址检测单元还用于向所述控制终端发送所述交叉感应环线的属性信息并进行显示。具体的，所述控制终端一方面显示所述信号发生单元输出的环线模拟信号以向用户直观的展示交叉感应环线的工作原理；另一方面，控制终端通过总线获取地址检测单元中的有关交叉感应环线的属性信息并以曲线或者事实数据的形式展现出来。

综上所述，本发明实施例所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，不仅能够验证交叉感应环线系统的功能，包括基本功能和典型工况，还能够与运控单元及牵引单元实现联调对接，验证交叉感应环线系统与其他系统的接口、协议及指标满足性，而且还能够通过反馈的环线模拟信号以向用户直观的展示交叉感应环线的工作原理，克服了在现有技术中感应环线的研究完全依赖真实的高速试验造成的耗费巨大和参数设置不便的问题。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，包括：

控制终端、信号发生单元、地址检测单元以及供电设备；

所述控制终端生成参数信息并发送给信号发生单元；

所述信号发生单元用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；

所述地址检测单元接收所述环线模拟信号并根据所述环线模拟信号获得所述交叉感应环线的属性信息并根据所述属性信息进行测试；所述属性信息包括：飞车的绝对位置信息、相对位置信息以及速度信息；

所述供电设备为所述信号发生单元以及地址检测单元提供供电电压。

2.根据权利要求1所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述系统还包括：牵引单元，所述牵引单元用于向所述信号发生单元提供飞车的速度信息与位置信息。

3.根据权利要求2所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述系统还包括：光纤，所述光纤位于所述牵引单元与地址检测单元之间，所述地址检测单元将获取的所述相对位置信息以及速度信息通过所述光纤输出给所述牵引单元。

4.根据权利要求2所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述系统还包括：运控单元，所述运控单元用于接收所述地址检测单元提供的飞车的绝对位置信息并为所述牵引单元提供防护曲线及进路许可。

5.根据权利要求4所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述系统还包括：以太网，所述地址检测单元通过所述以太网将所述绝对位置信息发送给所述运控单元。

6.根据权利要求1所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述信号发生单元包括：

电源模块、主控模块以及接口模块；

所述电源模块连接所述供电设备，用于接收所述供电设备的供电电压并向所述信号发生单元提供电力；

所述主控模块用于根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线模拟信号；

所述接口模块与所述地址检测单元连接，用于将所述主控模块生成的环线模拟信号输出至所述地址检测单元。

7.根据权利要求6所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述信号发生单元通过所述接口模块向地址检测单元发送多路环线模拟信号。

8.根据权利要求7所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述主控模块包括：处理单元、数模转换器以及调制器；

所述处理单元根据所述参数信息以及飞车的位置信息、速度信息模拟交叉感应环线以生成环线数字信号；

所述数模转换器将所述环线数字信号转换为环线模拟信号；

所述调制器将所述环线模拟信号调制在载波上并输出多路环线模拟信号。

9.根据权利要求1所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述地址检测单元还用于接收并调节飞车的姿态变化，所述姿态变化包括：悬浮、左右导向、仰俯、偏航以及滚转。

10.根据权利要求1所述的一种超高速环境下交叉感应环线的测试系统，其特征在于，所述控制终端还用于输入故障信息；所述信号发生单元还用于根据所述故障信息输出故障模拟信号；所述地址检测单元还用于接收所述故障模拟信号并对故障类型进行判断。

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