CN116470967A - 一种应答器信息接收单元btm测试装置和系统 - Google Patents

一种应答器信息接收单元btm测试装置和系统 Download PDF

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Abstract

一种应答器信息接收单元BTM测试装置和系统，BTM测试装置包括壳体和安装在壳体中的接收天线、报文生成单元和发送天线；接收天线，设置为接收BTM天线发送的第一频率的射频信号；报文生成单元，设置为利用所述射频信号的能量供电，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号；在连续发送模式下，持续不断的生成应答器报文信号；发送天线，设置为发送所述应答器报文信号。该装置可以支持报文单次发送模式，能够实现对高铁BTM设备的检测，测试方法简单、准确。并且，该BTM测试装置还可以包括安装在壳体中的宽频干扰接收天线，用于接收环境噪声，该BTM测试装置也能够监测以确定干扰源和干扰路径。

Description

一种应答器信息接收单元BTM测试装置和系统
技术领域
本公开涉及但不限于高铁列车运行控制领域，尤其一种应答器信息接收单元BTM测试装置和系统。
背景技术
BTM(应答器信息接收单元，Balise Transmission Module)作为CTCS-2级、CTCS-3级(CTCS表示中国列车控制系统，China Train Control System)高铁列车运行控制系统车载设备的主要组成部分之一，承担接收地面应答器信息的功能。
当列车经过地面上的应答器时，BTM通过天线辐射能量激活应答器，接收地面应答器的报文信号，并分析该报文信号中的信息，从而实现对高铁的运行控制(比如限速)和列车位置校准等功能。BTM设备是否正常是高铁列车运行安全的保障。
另外，由于BTM设备天线会产生电磁辐射，检修人员距离BTM天线过近时，电磁辐射会对人身造成危害。因此，我们需要一种准确、安全的BTM测试装置。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开一实施例提供了一种应答器信息接收单元BTM测试装置，包括壳体和安装在壳体中的接收天线、报文生成单元和发送天线；
所述接收天线，设置为接收BTM天线发送的第一频率的射频信号；
所述报文生成单元，设置为利用所述射频信号的能量供电，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号；在连续发送模式下，持续循环的生成应答器报文；
所述发送天线，设置发送所述应答器报文信号。
本公开一实施例还提供了应答器信息接收单元BTM测试系统，包括：如本公开任一实施例所述的BTM测试装置、频谱仪；
所述频谱仪，设置为在如本公开任一实施例所述宽频干扰接收天线接收电磁干扰信号后，定性分析所述电磁干扰信号，生成分析结果。
本公开上述实施例BTM测试装置和系统可以设置为单次发送模式，在所述BTM测试装置位于BTM现场下方时，每隔预设时间间隔发送一次报文，测试方法简单准确，且能够使得检修人员可远离测量区域，能够避免电磁辐射危害。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
图1为本公开一实施例BTM测试装置的简要结构图；
图2为本公开一实施例测试27MHz接收天线特性曲线图；
图3为本公开一实施例BTM测试装置的结构图；
图4为本公开一实施例BTM测试装置现场配置图；
图5为本公开一实施例BTM测试装置功能流程图；
图6为本公开一实施例BTM测试系统的结构图。
具体实施方式
本公开描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本公开所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本公开包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本公开已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本公开中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本公开实施例的精神和范围内。
本公开一实施例提供了一种应答器信息接收单元BTM测试装置，如图1所示，包括壳体和安装在壳体中的接收天线、报文生成单元和发送天线；
所述接收天线，设置为接收BTM天线发送的第一频率的射频信号；
所述报文生成单元，设置为利用所述射频信号的能量供电，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号；在连续发送模式下，持续不断的生成应答器报文信号；
所述发送天线，设置发送所述应答器报文信号。
其中，所述第一频率的射频能量的频率可以为27.095MHz±5kHz。
本实施例BTM测试装置可以设置为单次发送模式，能够实现模拟测试高铁经过应答器时的场景，在所述BTM测试装置位于BTM现场下方时，每隔预设时间间隔发送一次报文，测试方法简单准确，且能够使得检修人员可远离测量区域，能够避免电磁辐射危害。
在本实施例的一示例中，所述接收天线可以为27MHz接收天线，所述发送天线为可以为4MHz发送天线。
另外，所述接收天线中还设置有保护电路，能够防止接收能量过强而损坏电路。
图2为27MHz接收天线特性，可以看出频率为27.095MHz时，深度最深，当接收天线频率为27MHz时能够最大限度的接收被测对象下发的能量。
在本实施例的27MHz接收天线能够很好的感应BTM天线下发的27.095MHz射频能量。在此特定参数下，27MHz接收天线进一步通过调谐准确控制天线谐振点，最大限度保证本公开BTM测试装置的能量获取，转化成自身工作的电能，为后级电路的正常工作和实现本BTM测试装置的高性能指标提供保证。配合发送天线的较远的报文发送距离，能够保障测量结果的准确性，且报文可根据现场要求进行配置。
本实施例的发送天线，在测试工具整体尺寸偏小的条件下，利用振荡电路和调谐提高天线性能，同时基于接收天线最大限度保证能量获取，和测试装置整体的低功耗的设计，能够实现超长应答器报文发送距离，最远可支持500mm。
在本公开一示例性的实施例中，如图3所示，所述报文生成单元包括信号提取电路、电源电路、控制电路和频移键控FSK(Frequency Shift Keying)调制电路；
所述信号提取电路，设置为对所述射频信号进行全波整流，输出第一信号；
所述电源电路，设置对第一信号进行电平转换，为控制电路和频移键控FSK调制电路供电；
所述控制电路包括处理器；所述处理器设置为在受电启动后，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答报文数据并通过FSK调制电路发送；在连续发送模式下，持续不断的生成应答器报文数据并通过FSK调制电路发送；
所述FSK调制电路，设置为在受电后，根据所述处理器发送的应答报文数据选择信号发送频率，生成应答器报文信号。
其中，所述FSK调制电路可以为4MHz信号FSK调制电路；所述标准的应答器报文信号相关参数满足TB/T 3485-2017中的Up-link信号中心频率、频偏和传输速率指标，频率精度高达±10KHz，传输速率精度高达±0.5％。
本示例中的标准的应答器报文信号传输到4MHz发送天线后，发送天线，将所述应答器报文信号向外发送，以用于高铁列车BTM设备接收所述报文信号，测试高铁列车BTM设备是否正常。
在本实施例的一示例中，所述电源电路包括滤波整流电路、电源转换电路和保护电路；
所述滤波整流电路，设置为对所述信号提取电路输出的所述第一信号进行滤波和整流，将交流信号转化成直流信号；
所述电源转换电路，设置为将所述直流信号的电压转换为后级电路所需电压，为控制电路和频移键控FSK调制供电，所述操作是通过电压转换芯片完成的；
所述保护电路，设置为电源输入级保护，防止能量的过冲或过载对后级电路造成损坏，能够提高产品可靠性。
本实施例的BTM测试装置，通过电源电路将信号提取电路输出的所述第一信号进行处理，将交流信号转化成直流信号，并通过电压转换芯片，将直流信号的电压转换为后级电路所需电压，进行供电，从而实现利用测试装置接收的射频能量供电，不需要外设电源。
另外，本实施例的BTM测试装置，除了通过接收天线接收BTM天线下发的射频能量，通过信号提取电路对感应的能量进行全波整流，为后级电路供电，还可以用于后级电路进行能量检测。
在本实施例的一示例中，所述报文生成单元还包括能量检测电路，所述能量检测电路设置为对所述第一信号进行处理输出第三信号，并获取所述第三信号的能量值与预设能量阈值比较，将比较结果发送给处理器；
所述处理器，还设置为根据所述比较结果设定所述BTM测试装置的工作模式，包括：
在所述第三信号的能量值大于预设能量阈值的情况下，所述处理器将所述BTM测试装置的工作模式设置为正常工作模式；
在所述第三信号的能量值小于预设能量阈值的情况下，所述处理器将所述BTM测试装置的工作模式设置为静态工作模式。
在本实施例的一示例中，所述能量检测电路包括：限幅电路、滤波电路和检波比较电路；
所述限幅电路，设置为对所述第一信号进行限幅和二次提取，输出第二信号；通过限幅电路对第一信号进行限幅和二次提取，一方面，能够起到电路保护作用，用于能量检测电路后级处理；另一方面，能够减少能量消耗，保障信号提取电路的输出信号能够通过电源电路正常对后级电路供电；
所述滤波电路，设置为滤除噪声干扰，保留所述第二信号中所述第一频率的部分，输出第三信号，从而提高检测准确度；所述滤波电路可以采用切比雪夫带通滤波器；
所述检波比较电路，设置为接收所述第三信号，经过检波器后输出第三信号的能量值，并通过所述检波比较电路中的比较器将所述第三信号的能量值与预设能量阈值进行比较，将比较结果输出至所述处理器。
本实施例能量检测电路主要用于对BTM天线发送的射频能量大小进行评估。当能量检测电路输出的第三信号能量大于预设能量阈值时，处理器控制电路正常工作，测试装置实现指定功能；当能量检测电路输出的第三信号能量小于预设能量阈值时，处理器控制测试装置进入静态工作模式，BTM测试装置停止工作，关闭后级电路各功能模块，同时输出相应状态指示，提示BTM天线发送能量异常。
在本公开一示例性的实施例中，如图3所示，所述BTM测试装置还包括配备全频段接收天线环的宽频干扰接收天线；
所述宽频干扰接收天线，设置为接收电磁干扰信号，发送给频谱仪。
本实施例的宽频干扰接收天线，采用宽带天线设计技术，能够实现宽频段1MHz-1GHz电磁干扰接收，包含2.5MHz-6MHz范围内BTM工作带内信号、27.095MHz功率输出信号以及其他信号，提高天线接收频带宽度和接收灵敏度，可以灵活靠近不同的可疑位置进行探测，配合频谱仪进行监测以确定干扰源或者干扰路径。
在本实施例的一示例中，所述BTM测试装置还包括设置在所述壳体上的第一模式切换开关，所述第一模式切换开关可被设置在第一位置或第二位置；
所述第一模式切换开关被设置在第一位置时，所述BTM测试装置工作于电磁干扰探测模式，所述宽频干扰接收天线工作而报文生成模块不工作；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置时，所述BTM测试装置工作于报文发送模式，所述报文生成模块工作而所述宽频干扰接收天线不工作。
在本实施例的一示例中，所述BTM测试装置还包括设置在所述壳体上的第二模式切换开关，所述第二模式切换开关可被设置在第一位置或第二位置；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置，且所述第二模式切换开关被设置在第一位置时，所述报文生成模块工作于单次发送模式；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置，且所述第二模式切换开关被设置在第二位置时，所述报文生成模块工作于连续发送模式。
在本实施例的一示例中，所述控制电路，还包括信号发送控制电路，所述信号发送控制电路设置为单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号并发送；在连续模式下，持续不断的生成应答器报文信号并发送；
所述处理器，还设置为根据设置的所述报文发送模式，工作在单次发送模式或连续发送模式。
在本公开一示例性的实施例中，所述BTM测试装置还包括与所述壳体连接的可伸缩探杆，可以通过螺纹固定。
本实施例的可伸缩探杆伸长距离可达2m，使操作人员能够远离测量区域，避免电磁辐射危害，并且有利于适应不同现场工况。另外，可伸缩探杆的材料选择重量较轻的材料，使得本公开的BTM测试装置重量更轻。
本公开的BTM测试装置，基于磁场耦合原理，集成了27MHz接收天线、4MHz发送天线及宽频干扰接收天线，实现了一种高性能BTM测试装置，具体为：
本公开BTM测试装置采用了轻量化设计，探杆和设备外壳等均选择材质较轻的材料，并且平衡设备体积和能量收集，最终实现了该测试装置主机尺寸仅为238×170×2mm，重量约620g，携带便捷，可以使工程现场检修人员的操作更加省力。
本公开BTM测试装置采用超低功耗设计，主机功耗≤80mW。通过选低功耗的控制芯片、提高天线的接收效率等方式，能够大大提高测试工具的激活区间。
本公开BTM测试装置的现场配置可以参照图4。
图5为本公开BTM测试装置功能的使用流程图，BTM测试装置使用时功能执行可以包括以下步骤：
步骤S201，接收天线，接收BTM天线发送的第一频率的射频信号；
步骤S202，信号提取电路，将所述射频能量进行全波整流，输出第一信号；
步骤S203，能量检测电路，进一步处理所述第一信号，并将处理后的信号的能量值与预设能量阈值进行比较，输出比较结果；
步骤S204，当小于预设能量阈值时，设定BTM测试装置的工作模式为静态工作模式；
步骤S205，当大于预设能量阈值时，BTM测试装置正常工作，根据设置报文发送模式，单次发送报文或连续发送报文。
本公开一实施例还提供了一种应答器信息接收单元BTM测试系统，如图6所示，包括如本公开任一实施例所述的BTM测试装置、频谱仪；
所述频谱仪，设置为在如本公开任一实施例所述宽频干扰接收天线接收电磁干扰信号后，定性分析所述电磁干扰信号，生成分析结果。
其中，定性分析所述电磁干扰信号包括：定性分析接收信号的相关参数，如定性测量指定位置的电磁干扰能量幅度及频段。从而能够更好的对电磁干扰源头和传播路径进行定位。
本公开的BTM测试装置和系统，同时具备应答器报文发送功能和电磁干扰探测功能，在使用过程中，可以根据需要切换工作模式，进行应答器报文发送或电磁干扰探测。
本公开上述实施例的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)、微处理器等等，也可以是其他常规的处理器等；所述处理器还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，或其它等效集成或离散的逻辑电路，也可以是上述器件的组合。即上述实施例的处理器可以是实现本发明实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图的任何处理器件或器件组合。如果部分地以软件来实施本公开实施例，那么可将用于软件的指令存储在合适的非易失性计算机可读存储媒体中，且可使用一个或多个处理器在硬件中执行所述指令从而实施本公开实施例的方法。本文中所使用的术语“处理器”可指上述结构或适合于实施本文中所描述的技术的任意其它结构。

Claims (12)

1.一种应答器信息接收单元BTM测试装置，其特征在于，包括壳体和安装在壳体中的接收天线、报文生成单元和发送天线；
所述接收天线，设置为接收BTM天线发送的第一频率的射频信号；
所述报文生成单元，设置为利用所述射频信号的能量供电，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号；在连续发送模式下，持续不断的生成应答器报文信号；
所述发送天线，设置为发送所述应答器报文信号。
2.根据权利要求1所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述接收天线为27MHz接收天线，所述发送天线为4MHz发送天线。
3.根据权利要求1所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述报文生成单元包括信号提取电路、电源电路、控制电路和频移键控FSK调制电路；
所述信号提取电路，设置为对所述射频信号进行全波整流，输出第一信号；
所述电源电路，设置对第一信号进行电平转换，为控制电路和频移键控FSK调制电路供电；
所述控制电路包括处理器；所述处理器设置为在受电启动后，在单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答报文数据并通过FSK调制电路发送；在连续发送模式下，持续不断的生成应答器报文数据并通过FSK调制电路发送；
所述FSK调制电路，设置为在受电后，根据所述处理器发送的应答报文数据选择信号发送频率，生成应答器报文信号。
4.根据权利要求3所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述电源电路包括滤波整流电路、电源转换电路和保护电路；
所述滤波整流电路，设置为对所述信号提取电路输出的所述第一信号进行滤波和整流，将交流信号转化成直流信号；
所述电源转换电路，设置为将所述直流信号的电压转换为后级电路所需电压，为控制电路和频移键控FSK调制供电；
所述保护电路，设置为电源输入级保护，防止能量的过冲或过载对后级电路造成损坏。
5.根据权利要求3所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述报文生成单元还包括能量检测电路，所述能量检测电路设置为对所述第一信号进行处理输出第三信号，并获取所述第三信号的能量值与预设能量阈值比较，将比较结果发送给处理器；
所述处理器，还设置为根据所述比较结果设定所述BTM测试装置的工作模式，包括：
在所述第三信号的能量值大于预设能量阈值的情况下，所述处理器将所述BTM测试装置的工作模式设置为正常工作模式；
在所述第三信号的能量值小于预设能量阈值的情况下，所述处理器将所述BTM测试装置的工作模式设置为静态工作模式。
6.根据权利要求5所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述能量检测电路包括：限幅电路、滤波电路和检波比较电路；
所述限幅电路，设置为对所述第一信号进行限幅和二次提取，输出第二信号；
所述滤波电路，设置为滤除噪声干扰，保留所述第二信号中所述第一频率的部分，输出第三信号；
所述检波比较电路，设置为接收所述第三信号，经过检波器后输出第三信号的能量值，并通过所述检波比较电路中的比较器将所述第三信号的能量值与预设能量阈值进行比较，将比较结果输出至所述处理器。
7.根据权利要求3所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述BTM测试装置还包括配备全频段接收天线环的宽频干扰接收天线；
所述宽频干扰接收天线，设置为接收电磁干扰信号，发送给频谱仪。
8.根据权利要求7所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述BTM测试装置还包括设置在所述壳体上的第一模式切换开关，所述第一模式切换开关可被设置在第一位置或第二位置；
所述第一模式切换开关被设置在第一位置时，所述BTM测试装置工作于电磁干扰探测模式，所述宽频干扰接收天线工作而报文生成模块不工作；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置时，所述BTM测试装置工作于报文发送模式，所述报文生成模块工作而所述宽频干扰接收天线不工作。
9.根据权利要求8所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述BTM测试装置还包括设置在所述壳体上的第二模式切换开关，所述第二模式切换开关可被设置在第一位置或第二位置；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置，且所述第二模式切换开关被设置在第一位置时，所述报文生成模块工作于单次发送模式；
所述第一模式切换开关被设置在第二位置，且所述第二模式切换开关被设置在第二位置时，所述报文生成模块工作于连续发送模式。
10.根据权利要求9所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述控制电路，还包括信号发送控制电路，所述信号发送控制电路设置为单次发送模式下，按照设定的时间间隔周期性生成应答器报文信号并发送；在连续模式下，持续不断的生成应答器报文信号并发送；
所述处理器，还设置为根据设置的所述报文发送模式，工作在单次发送模式或连续发送模式。
11.根据权利要求1所述的BTM测试装置，其特征在于：
所述BTM测试装置还包括与所述壳体连接的可伸缩探杆。
12.一种应答器信息接收单元BTM测试系统，其特征在于，包括：如权利要求1-11任一所述的BTM测试装置、频谱仪；
所述频谱仪，设置为在如权利要求7所述宽频干扰接收天线接收电磁干扰信号后，定性分析所述电磁干扰信号，生成分析结果。
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