基于上行链路信息采样处理的btm运维系统
技术领域
1.本发明涉及铁路行业的列车控制领域，基于对应答器上行链路信息采样处理的btm架构，同时将上行链路采样信息应用于产品的运营维护。
背景技术：2.btm(应答器传输模块)作为ctcs各级列控系统/城市轨道列车控制系统的重要组成部分，且保有量较高，其故障率及设备维护等环节对系统可用性影响较大。设备线上故障回库后，对于设备厂家来说需要准确定位故障和设备维修；对于路局或业主来说，需要对问题设备进行单板更换或者整机更换。定位故障和维修更换的前提是设备自身有较全面和准确的故障诊断和记录。
3.随着ctcs各级铁路信号设备故障率的逐年降低，以及城市轨道交通业主要求的提高，对影响行车的设备故障还原及维修提出更高要求。现役btm设备对应答器信息的维护信息多记录btm的过点情况，应答器信息整体误码率或误码分布等情况，对当下产品维护所需求的上行链路详细信息、btm下行能量信号和应答器上行链路信号等详细信息没有记录，或者记录的不够详尽。
4.btm产品运行的环境问题较为突出，天线a接口暴露在车体下方，周围存在例如辅助逆变器、动力回流线等电磁辐射较大的设备，加之机车环境较为复杂，机车类型、车载设备，及其安装和走线方式的不统一，造成干扰btm工作的环境噪声千差万别，由电磁辐射造成的丢失应答器事件常有发生。btm丢失应答器的另一个常见故障模式是应答器自身发送的上行链路信号质量存在问题，例如频率漂移等功能异常现象。
5.btm除定位产品自身故障外，需要对包含着环境干扰信号、应答器功能异常导致的上行链路信号异常等问题进行分类判断。
6.在上述情况下，对应答器上行链路信息处理和记录提出了新的需求。传统的应答器上行链路信息的处理模块，如果改变滤波器设计参数，则需要更改pcb设计，变更周期长，投产时间不满足要求；更谈不上详细记录应答器上行链路信号功能了。
技术实现要素：7.本发明提出一种基于对应答器上行链路信号采样处理和记录分析的btm运维系统，依据对上行链路信息的记录，在产品运营维护过程中对btm和应答器健康状况进行分析。
8.本发明提供一种基于上行链路信息采样处理的btm运维系统，所述btm运维系统主要包括功率放大器、前置滤波器、采样处理单元、记录器、数据服务中心及客户端；其中，
9.所述功率放大器通过隔离整形电路，将发送出去的应答器激励信号幅值大小整理为应答器激励信号的包络，并发送给记录器，作为btm工作的一个健康检测信号；
10.所述前置滤波器滤除混在应答器上行链路信号中的低频噪声信号，为后级功能模块提供较干净的带内信号；同时整理出应答器上行链路信号的包络发送给记录器；
11.所述采样处理单元，接收到经过前置滤波处理的应答器上行链路信号后，经过满足一定频率要求的采样处理及解码处理后，将应答器上行链路信号的采样数据、经过解码处理后的解码结果、误码率等过点信息发送给记录器进行记录；
12.所述记录器，将以上信息发送给地面的数据服务中心进行分析处理；
13.所述btm运维系统依据所述记录器对上行链路信息的记录，基于采样处理单元提供的详细信息，在产品运营维护过程中对btm和应答器健康状况进行分析。
14.本发明技术优势：基于上行链路信息采样处理的btm运维系统，在硬件上采用ad高频采样获得应答器上行链路信息的详细波形数据，此数据除提供给产品处理器进行解码处理外，通过数据通道发送给记录器进行详细记录。地面数据服务中心，获得记录器记录的应答器上行链路信息的详细数据，结合常规的来自处理器统计的解码信息、设备各部件的健康状况信息等，可分析出应答器设备/btm设备各部件的健康状况及老化情况；应答器与btm空间接口所包含的噪声信息。
附图说明
15.图1为传统应答器上行链路处理模块
16.图2为本发明基于btm采样数据的运营维护系统
17.图3为本发明btm的采样处理单元功能结构图；
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
19.传统应答器上行链路处理模块如图1所示，主要包括放大模块、滤波模块、解调模块、解码模块。其中，放大模块主要是将天线接收到的应答器上行链路小信号放大。应答器由天线供给能量后，向空间场发送的信号能量很小，经过天线接收后，幅值多为毫伏级别，后续电路很难识别，放大模块功能就是把此小信号，放大到后续电路能识别的水平。滤波模块功能主要是把空间夹杂的带外信号，以及信号放大过程中一同被放大的底噪信号滤除，将干净的带内信号提供给后续电路模块。解调模块功能是将fsk信号通过一定技术手段，转化为应答器上行链路信号的码元信号，供解码器使用。解码模块将串行的应答器上行链路信号码元信号，按照应答器的编解码规则，解码为用户所需的数据(用户报文)。
20.本发明的btm运维系统，依据对上行链路信息的记录，基于采样处理单元提供的详细信息，在产品运营维护(简称运维)过程中对btm和应答器健康状况进行分析。所述btm运维系统的功能框图如图2所示。其中，
21.btm的功率放大器，其主要功能是将满足功率要求的27mhz应答器激励信号通过天线电缆发送到天线上，再由天线线圈通过空间接口(a接口)发送给地面应答器，以达到激活应答器的目的。此外，功率放大器通过隔离整形电路，将发送出去的应答器激励信号幅值大小整理为应答器激励信号的包络，此信号能够反应功放发送出去的应答器激励信号的大小。应答器激励信号包络发送给记录器，作为btm工作的一个健康检测信号。
22.btm的前置滤波器，主要功能为滤除混在应答器上行链路信号中的低频噪声信号，为后级功能模块提供较干净的带内信号。从维护角度看，前置滤波器同时整理出应答器上行链路信号的包络，此信号可以完整反映出列车从远处靠近应答器、行驶到应答器上方、驶离应答器后的整个时间段内，应答器上行链路信号由弱及强，通过应答器中心点后又由强及弱的过程。应答器上行链路信号包络，除反应应答器上行链路信号的渐变过程外，还可以很大程度上反应出环境噪声的大小。环境噪声通过天线通道进入btm后，带内的噪声信号也会通过前置滤波器进入后级功能部件。因应答器上行链路信号产生的包络和因带内噪声信号产生的包络信号本质上并没有什么不同，且都会被记录器记录下来。btm运维系统会结合btm接收到的应答器报文情况，区分是应答器上行链路信号的包络，还是环境噪声产生的包络。
23.btm的采样处理单元，接收到经过前置滤波处理的应答器上行链路信号后，经过满足一定频率要求的采样处理及解码处理后，将应答器上行链路信号的采样数据、经过解码处理后的解码结果、误码率等过点信息发送给记录器进行记录。
24.btm的记录器，通过信息转储设备，或者通过无线数据传输方式(在具备条件的情况下)，按照一定协议格式，将以上信息(应答器激励信号包络、应答器上行链路信号包络、采样处理单元对应答器上行链路信号的采样数据、采样处理单元对应答器上行链路信号处理后的过点信息)，发送给地面的数据服务中心。
25.地面的数据服务中心，将来自btm记录器的数据，通过分析和专家经验，结合常规的来自btm采样处理单元的解码信息、统计设备各部件的健康状况信息等，可分析出以下信息：
26.1)应答器设备健康状况及老化情况：应答器健康状况，可通过不同机车btm所记录的应答器上行链路包络信号、应答器上行链路信号的采样信号，分析得出应答器发送能量的随时间的变化情况、应答器上行链路信号频点的漂移情况，并可根据专家经验，分析得出应答器内部功能模块的故障位置，为故障处理指明方向。
27.2)btm设备各部件的健康状况及老化情况：btm实时自检自身关键功能模块，并通过总线发送给记录器。数据服务中心得到这些信息后，可根据btm自身功能结构，分析出btm故障位置，为设备维护和维系提供直接依据。
28.3)应答器与btm空间接口所包含的噪声信息：环境噪声是影响btm正常接收应答器的重要因素。数据服务中心，可依据记录的应答器上行链路信号的包络信号、btm天线经过应答器的详细过程、btm采样处理单元对应答器数据的解码参数、应答器上行链路数据的采样信号，分析出环境噪声信号的频点、信号强弱、时间分布等信息，为锁定环境噪声源头，整治机车电气环境提供数据。
29.用户安装客户端(软件客户端)，通过网络访问数据服务器中的原始信息和数据分析结果，准确地定位现场故障，并能对产品的可靠性进行预测及预防性更换，满足产品运维需求。
30.本发明btm的采样处理单元结构如图3所示，主要由以下几个环节构成：
31.①
低通滤波器。此低通滤波器的作用是对上行链路信号进行常规滤波，消除信号通道内的带外噪声，主要是高频噪声。因此，此部分滤波器参数精度要求不高，器件离散型及温漂属性对系统整体功能影响较小，出厂不需要调试。
32.②
ad采样模块。应答器上行链路信号的中心频率4.234mhz，根据采样定理，ad采样频率不应小于9mhz，实际为了能记录一个完整平滑的波形，并能够尽可能记录带内的噪声情况，采样率应适当提高。在硬件上采用ad高频采样获得应答器上行链路信号的详细波形数据，此数据除提供给btm产品处理器进行解码处理外，通过数据通道发送给记录器进行详细记录。ad采样模块将采样后数据以总线方式传送给可编程滤波器核心部分，并将原始数据发送给记录器进行数据存储。
33.③
可编程滤波器。根据应答器上行链路波形频率特点，结合既有工程应用中对干扰的经验数据，通过计算或matlab仿真，确定滤波器阶数、带宽、频带范围内详细幅频特性等滤波器参数，并生成可执行代码，下载到可编程逻辑器件中。天线接收到的空间信号经过此具有可配置性质的可编程滤波器后，滤除带外噪声，将有用的应答器上行链路信号发送给后续解调解码模块。可编程滤波器同时可分析环境噪声的电气参数，例如频点、噪声强度、噪声在时间上的分布等详细情况。
34.④
解调解码模块(解码解调器)。将来自采样处理单元的数据进行解调后，生成串行的应答器传输报文，经解码器解码后，转化为后级设备可用的应答器用户报文。解调解码模块，在经过应答器的过程中，同步给出误码分布、误码率等维护使用的btm过点信息。
35.基于上行链路信息采样处理的btm，与传统基于分离原件的btm相比具有两大优点。第一，基于分离原件的上行链路信息处理模块，主要由运算放大器、阻容原件和电感组成，此几种器件通常情况下精度一般，并且参数有较大的温度漂移特性，最终导致滤波器参数出厂一致性较差，现场使用过程中常常表现为设备之间的不一致，更差的情况是导致了同一设备不同通道的不一致，给后级软件的信息处理造成了不必要的麻烦，在复杂情况下的故障分析增加了不必要的麻烦。基于上行链路信息采样处理的功能模块可以解决分离原件由于精度和温度漂移问题导致的产品不一致问题。第二，产品使用过程中，存在对应答器上行链路信息处理模块的参数进行现场配置，此种情况下，该采样处理的功能模块多为可编程逻辑器件，可在不改变硬件板卡的情况下，通过修改软件的方式修改例如滤波器的形状等参数，达到任意可调，软件修改方式灵活，设计变更方便。
36.以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。
技术特征：1.一种基于上行链路信息采样处理的btm运维系统，所述btm运维系统主要包括功率放大器、前置滤波器、采样处理单元、记录器、数据服务中心及客户端；其中，所述功率放大器通过隔离整形电路，将发送出去的应答器激励信号幅值大小整理为应答器激励信号的包络，并发送给记录器，作为btm工作的一个健康检测信号；所述前置滤波器滤除混在应答器上行链路信号中的低频噪声信号，为后级功能模块提供较干净的带内信号；同时整理出应答器上行链路信号的包络发送给记录器；所述采样处理单元，接收到经过前置滤波处理的应答器上行链路信号后，经过满足一定频率要求的采样处理及解码处理后，将应答器上行链路信号的采样数据、经过解码处理后的解码结果、误码率等过点信息发送给记录器进行记录；所述记录器，将以上信息发送给地面的数据服务中心进行分析处理；所述btm运维系统依据所述记录器对上行链路信息的记录，基于采样处理单元提供的详细信息，在产品运营维护过程中对btm和应答器健康状况进行分析。2.根据权利要求1所述的btm运维系统，其特征在于，带内的噪声信号也会通过前置滤波器进入后级功能部件，所述btm运维系统会结合btm接收到的应答器报文情况，区分记录器记录的信号包络是应答器上行链路信号的包络，还是环境噪声产生的包络。3.根据权利要求1所述的btm运维系统，其特征在于，所述采样处理单元包括低通滤波器、ad采样模块、可编程滤波器和解码解调器，其中，所述低通滤波器对应答器上行链路信号进行常规滤波，消除信号通道内的带外噪声，主要是高频噪声；所述ad采样模块在硬件上采用ad高频采样获得应答器上行链路信号的详细波形数据，将采样后数据以总线方式传送给可编程滤波器，并将原始数据发送给记录器；所述可编程滤波器可分析环境噪声的电气参数，如频点、噪声强度、噪声在时间上的分布等详细情况；所述解码解调器，在经过应答器的过程中，同步给出误码分布、误码率等维护使用的btm过点信息。4.根据权利要求3所述的btm运维系统，其特征在于，所述可编程滤波器通过软件修改的方式配置滤波器的参数，在不改变硬件板卡的情况下完成现场配置，所述参数是滤波器阶数、带宽、频带范围内详细幅频特性等滤波器参数。5.根据权利要求1所述的btm运维系统，其特征在于，所述数据服务中心，将来自所述记录器的数据，通过分析和专家经验，结合常规的来自所述采样处理单元的解码信息、统计设备各部件的健康状况信息等可分析出应答器设备健康状况及老化情况、btm设备各部件的健康状况及老化情况、应答器与btm空间接口所包含的噪声信息。6.根据权利要求5所述的btm运维系统，其特征在于，所述客户端通过网络访问所述数据服务中心的原始信息和数据分析结果，准确地定位现场故障，并能对产品的可靠性进行预测及预防性更换。
技术总结本发明的基于上行链路信息采样处理的BTM运维系统，包括：功率放大器将发送出去的应答器激励信号幅值大小整理为应答器激励信号的包络，前置滤波器整理出应答器上行链路信号的包络发送给记录器；采样处理单元，将应答器上行链路信号经过采样处理及解码处理后，将采样数据、过点信息发送给记录器；运维系统依据记录器对上行链路信息的记录，基于采样处理单元提供的详细信息，在产品运维过程中对BTM和应答器健康状况进行分析。本发明技术优势：在硬件上采用AD高频采样获得应答器上行链路信息的详细波形数据，结合常规的解码信息、设备各部件的健康状况等，分析出应答器设备/BTM设备各部件的健康状况及空间接口所包含的噪声信息。息。息。
技术研发人员：牟海涛 郭超 王耀辉 周超
受保护的技术使用者：北京交大思诺科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
