CN115426061B - 一种动车组btm车载天线带内干扰测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统及方法，包括：BTM接收天线、4.23MHz、变压器、平衡‑不平衡转换器、低通滤波器、带通滤波器、对数放大器、数据采集模块以及便携式计算机。本发明通过BTM接收天线接收BTM上行链路信号、进行信号处理保存感兴趣的带内频段信号、将信号采集至便携式计算机完成数据的分析与存储。本发明通过对带内信号进行处理分析，能够有效地分析出应答器上行链路内存在的4.23MHz频带附近的电磁干扰，为BTM设备的电磁干扰分析与电磁防护提供必要的数据支持。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别是涉及一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统及方法。
背景技术
近年来，科技的快速发展使得国内动车运行时速不断提升，速度的提升伴随而来的是动车内牵引电流的不断升高，导致动车组内的电磁环境越来越恶劣，BTM设备作为动车组数据通信的核心设备之一，通过接收地面应答器的4.23MHz的上行链路信号，并将信号发送至车载ATP内，控制列车的安全运行。
但是，近年来，BTM设备因带内干扰导致运行异常的现象不断发生，有些甚至产生了严重的安全事故。如果能够对BTM带内的信号进行处理与分析，找出带内存在的电磁干扰，将会对后续的干扰源查找与BTM设备的电磁防护提供数据支持，为动车组的安全运行保驾护航。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何最大程度地采集BTM设备上行链路信号并完成信号的处理、分析。找出上行链路4.23MHz频带内的电磁干扰信号。提供了一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统，另一方面还提供一种及动车组BTM车载天线带内干扰测试方法。
本发明是这样实现的，一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统，
该测试系统包括：BTM车载接收天线、4.23MHz变压器、平衡-不平衡转换器、低通滤波器、带通滤波器、对数放大器、数据采集模块以及便携式计算机；其中，
BTM车载接收天线为矩形线圈，与BTM上行链路的信号耦合；
4.23MHz变压器以及平衡-不平衡转换器实现BTM车载接收天线的50Ω阻抗匹配；
所述低通滤波器衰弱BTM下行链路的27.095MHz信号，保留低频信号；
所述带通滤波器保留BTM上行链路4.23MHz附近频带的信号；
所述对数放大器通过输入输出关系实现输入信号的压扩，同时，使输出信号能够满足数据采集模块的输入动态范围；
数据采集模块接收模拟信号，完成信号的模数转换并将数字信号发送至便携式计算机内进行数据处理与存储。
进一步地，所述BTM车载接收天线置于车底BTM设备安装位置。
进一步地，所述将便携式计算机采集到的数据处理，具体处理过程如下：
将采集到的固定时长的信号按固定时间间隔进行切分；
对每个时间间隔内的数据进行离散傅里叶变换，得到该段时间内的不同频率下的磁场强度大小；
从各时间段内选取4MHz-4.5MHz频率范围内信号最强的时间段作为带内信号干扰最严重的目标时间段，将目标时间段内的4MHz-4.5MHz频段信号强度与设定的BTM端口敏感性限值进行对比，超出限值则认为存在带内干扰，未超出限值则无需进行干扰抑制的相关操作。
一种采用动车组BTM车载天线带内干扰测试系统的测试方法，包括：
将所述BTM车载接收天线置于车底BTM设备安装位置，在列车静止或工作状态时，接收轨道上地面应答器发送的上行链路信号；
衰弱BTM下行链路的27.095MHz信号，保留低频信号；
保留BTM上行链路4.23MHz附近频带的信号；
对信号进行压扩，并使输出信号能够满足数据采集模块的输入动态范围；
将信号发送至便携式计算机内进行数据处理。
进一步地，将采集到的数据进行处理，具体处理过程如下：
将采集到的固定时长的信号按固定时间间隔进行切分；
对每个时间间隔内的数据进行离散傅里叶变换，得到该段时间内的不同频率下的磁场强度大小；
从各时间段内选取4MHz-4.5MHz频率范围内信号最强的时间段作为带内信号干扰最严重的目标时间段，将目标时间段内的4MHz-4.5MHz频段信号强度与设定的BTM端口敏感性限值进行对比，超出限值则认为存在带内干扰，未超出限值则无需进行干扰抑制的相关操作。
本发明与现有技术相比，优点在于：
本发明放弃了传统地使用FSK端口采集探头进行信号采集的方式，为了最大程度地保留上行链路的原始信号，本发明选择矩形的BTM接收天线完成原始信号的采集，并通过滤波、放大等环节完成信号的预处理。将处理后的信号发送至计算机内完成信号的处理、分析。最大程度地保留了信号的原始性，为电磁干扰的分析研究提供可靠的数据支持。
附图说明
图1是本发明用于一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统及方法的系统总体结构图。
图2是本发明用于一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统及方法的信号采集部分的结构图。
图中各部件的标记如下：1BTM接收天线、2 4.23MHz变压器、3平衡-不平衡转换器、4低通滤波器、5带通滤波器、6对数放大器、7数据采集模块、8便携式计算机、9数据分析模块、10数据存储模块。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明提供一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统，该测试系统包括：BTM接收天线1、4.23MHz变压器2、平衡-不平衡转换器3、低通滤波器4、带通滤波器5、对数放大器6、数据采集模块7、便携式计算机8、数据分析模块9以及数据存储模块10。
如图2所示，BTM接收天线1为矩形天线，天线整体采用铜线制作，在天线的其中一边安装有设计的4.23MHz变压器2以及平衡-不平衡转换器3实现天线的阻抗匹配完后数据的原始采集。实现天线段的50Ω阻抗匹配，保障数据的正常传输。
为了采集感兴趣的频带信号，采用低通滤波器4加带通滤波器5进行滤波，在本实施例中，低通滤波器4选用最常用的巴特沃斯低通滤波器有效滤除采集到的高频信号，同时，带通滤波器5通过高低通滤波器的叠加实现带通滤波设计，本实施例中选择反切比雪夫滤波器，保留频带内的信号。
低通滤波器：滤除掉信号中的高频部分，保留4.23MHz附近频带及其以下低频的信号部分。
带通滤波器：对信号的高频部分再次进行滤除，同时滤除掉1MHz以下的不感兴趣的低频信号，保留4.23MHz附近频率信号。
在对数放大器模块6，通过对数处理的方式，将动态范围较大的模拟信号进行必要的压扩，使输出信号能够满足数据采集模块的输入动态范围要求。
数据采集模块：采用PXI系列数据采集平台，接收前面已处理的模拟信号，完成信号的模数转换并将数字信号发送至便携式计算机内进行数据处理与数据存储。
完成信号的预处理后，通过数据采集模块7实现数据的模数转换并将数据传输至便携式计算机内。在本实施例中数据采集模块所使用的设备为NI公司的PXI系列数据采集装置。
便携式计算机8内安装相应的数据处理软件，将采集系统采集的数据进行实时处理。同时将数据存储在硬盘内，方便之后进行数据的离线处理与干扰查找。将采集到的数据进行处理，具体处理过程如下：
将采集到的固定时长的信号按固定时间间隔进行切分；如：500ms数据按照50μs的固定时间间隔进行等分。
对每个时间间隔内的数据进行离散傅里叶变换，得到该段时间内的不同频率下的磁场强度大小；
从各时间段内选取4MHz-4.5MHz频率范围内信号最强的时间段作为带内信号干扰最严重的目标时间段，将目标时间段内的4MHz-4.5MHz频段信号强度与设定的BTM端口敏感性限值进行对比，超出限值则认为存在带内干扰，未超出限值则无需进行干扰抑制的相关操作。
使用此系统进行带内干扰测试的测试方法：包括：将所述BTM车载接收天线置于车底BTM设备安装位置，在列车静止或工作状态时，接收轨道上地面应答器发送的上行链路信号；
衰弱BTM下行链路的27.095MHz信号，保留低频信号；
保留BTM上行链路4.23MHz附近频带的信号；
对信号进行压扩，并使输出信号能够满足数据采集模块的输入动态范围；
将信号发送至便携式计算机内进行数据处理。
将采集到的数据进行处理，具体处理过程如下：
将采集到的固定时长的信号按固定时间间隔进行切分；
对每个时间间隔内的数据进行离散傅里叶变换，得到该段时间内的不同频率下的磁场强度大小；
从各时间段内选取4MHz-4.5MHz频率范围内信号最强的时间段作为带内信号干扰最严重的目标时间段，将目标时间段内的4MHz-4.5MHz频段信号强度与设定的BTM端口敏感性限值进行对比，超出限值则认为存在带内干扰，未超出限值则无需进行干扰抑制的相关操作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种动车组BTM车载天线带内干扰测试系统，其特征在于，该测试系统包括：BTM车载接收天线、4.23MHz变压器、平衡-不平衡转换器、低通滤波器、带通滤波器、对数放大器、数据采集模块以及便携式计算机；其中，
BTM车载接收天线为矩形线圈，与BTM上行链路的信号耦合；
4.23MHz变压器以及平衡-不平衡转换器实现BTM车载接收天线的50Ω阻抗匹配；
所述低通滤波器衰弱BTM下行链路的27.095MHz信号，保留低频信号；
所述带通滤波器保留BTM上行链路4.23MHz附近频带的信号；
所述对数放大器通过输入输出关系实现输入信号的压扩，同时，使输出信号能够满足数据采集模块的输入动态范围；
数据采集模块接收模拟信号，完成信号的模数转换并将数字信号发送至便携式计算机内进行数据处理与存储；
所述将数字信号发送至便携式计算机内进行数据处理的具体过程如下：
将采集到的固定时长的信号按固定时间间隔进行切分；
对每个时间间隔内的数据进行离散傅里叶变换，得到每个时间间隔内的不同频率下的磁场强度大小；
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2.按照权利要求1所述的动车组BTM车载天线带内干扰测试系统，其特征在于，所述BTM车载接收天线置于车底BTM设备安装位置。
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| 动车组过分相暂态过程对信号设备电磁影响;苏立轩;张晨;;铁道工程学报;20160715(第07期) * |
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