本發(fā)明涉及軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)用漏泄電纜監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種漏纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
軌道交通和客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)線通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與鐵路運(yùn)輸組織及運(yùn)行安全密切相關(guān)。由于在隧道內(nèi),無(wú)線電磁波的傳播受到限制,導(dǎo)致通信不暢,因此,無(wú)線通信系統(tǒng)使用漏泄電纜(以下簡(jiǎn)稱(chēng)漏纜)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋,保證無(wú)線電磁波的傳播不受限制,以保證車(chē)地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>
在無(wú)線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)中,漏泄電纜系統(tǒng)的性能對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行有很重要的影響。無(wú)源器件的故障是整個(gè)射頻無(wú)線系統(tǒng)中的主要問(wèn)題,接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器及直流阻隔器等出現(xiàn)問(wèn)題的幾率占絕大部分,漏纜的折斷、變形及損壞,接口的松動(dòng)、進(jìn)水和霧腐蝕,天線的損壞及安裝過(guò)程中的部分不規(guī)范等均影響線路的質(zhì)量。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的運(yùn)行開(kāi)通,由于設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題或工程安裝問(wèn)題,部分漏纜所連接的接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器和直流阻隔器將開(kāi)始進(jìn)入故障頻發(fā)期。
針對(duì)漏泄電纜系統(tǒng)出現(xiàn)的故障問(wèn)題,目前的解決方案主要有離線式監(jiān)測(cè)、帶監(jiān)測(cè)功能的直放站、發(fā)射接收式監(jiān)測(cè)及被動(dòng)式在線監(jiān)測(cè)。離線式監(jiān)測(cè)是在故障出現(xiàn)后進(jìn)行測(cè)試,不能在線監(jiān)測(cè),時(shí)效性差;帶監(jiān)測(cè)功能的直放站不具有定位功能,監(jiān)測(cè)到報(bào)警后需要重新測(cè)試;發(fā)射接收式監(jiān)測(cè)分為發(fā)射和接收,一套系統(tǒng)有兩個(gè)設(shè)備,對(duì)供電要求高,不能檢測(cè)單電源的短隧道和隧道兩端的漏纜,不具有通用性;被動(dòng)式監(jiān)測(cè)提取漏纜傳輸?shù)男盘?hào),提取信號(hào)難度很大,且漏報(bào)率高??偟膩?lái)說(shuō),目前常用的在線解決方案主要分為駐波比檢測(cè)和主從機(jī)監(jiān)測(cè) 兩大類(lèi),前者僅僅是進(jìn)行報(bào)警功能,不能定位,需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員處理故障,耗時(shí)而不便;后者是使用兩臺(tái)有源設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果受室外溫度影響較大,誤報(bào)率高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種漏纜在線監(jiān)控系統(tǒng),能夠?qū)收宵c(diǎn)精確定位,監(jiān)測(cè)精度高,監(jiān)測(cè)范圍大,適用于各種長(zhǎng)度及各種頻率的漏纜的監(jiān)測(cè)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種漏纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括監(jiān)測(cè)單元、通信鏈路及網(wǎng)管,所述監(jiān)測(cè)單元經(jīng)通信鏈路與網(wǎng)管進(jìn)行信息交互,所述監(jiān)測(cè)單元采用監(jiān)測(cè)主機(jī),監(jiān)測(cè)主機(jī)包括用于向漏纜發(fā)送射頻信號(hào)的射頻電路模塊、用于接收反射回來(lái)的射頻信號(hào)的信號(hào)接收模塊、用于根據(jù)反射回來(lái)的射頻信號(hào)判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置的信號(hào)處理模塊及環(huán)形器,射頻電路模塊的輸出端經(jīng)環(huán)形器連接漏纜的一端,漏纜的同一端連接信號(hào)接收模塊的輸入端,信號(hào)接收模塊還與信號(hào)處理模塊相連,信號(hào)處理模塊經(jīng)通信鏈路與網(wǎng)管相連;通信鏈路包括光電轉(zhuǎn)換模塊及電光轉(zhuǎn)換模塊,通信鏈路用于對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳輸;所述網(wǎng)管用于對(duì)監(jiān)測(cè)單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示,并向監(jiān)測(cè)單元發(fā)送控制指令。
所述監(jiān)測(cè)主機(jī)還包括信號(hào)合路模塊,射頻電路模塊的輸出端通過(guò)環(huán)形器連接信號(hào)合路模塊的輸入端,信號(hào)合路模塊與漏纜的一端相連,信號(hào)合路模塊還經(jīng)環(huán)形器連接信號(hào)接收模塊的輸入端,所述射頻電路模塊還與信號(hào)處理模塊相連。
所述監(jiān)測(cè)單元還包括監(jiān)測(cè)跨接器和監(jiān)測(cè)匹配終端,監(jiān)測(cè)跨接器跨接在兩段漏纜之間,監(jiān)測(cè)匹配終端設(shè)置在漏纜尾端。
所述網(wǎng)管包括數(shù)據(jù)通信模塊、實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊、告警管理模塊、數(shù)據(jù)記錄模 塊、配置管理模塊、維護(hù)管理模塊及用戶管理模塊,數(shù)據(jù)通信模塊輸出的信號(hào)接入到實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊,實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊輸出的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中,用戶管理模塊、配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的信號(hào)也保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中,配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的配置信號(hào)和控制信號(hào)均傳輸給數(shù)據(jù)通信模塊,并下發(fā)至監(jiān)測(cè)單元。
還包括現(xiàn)場(chǎng)管理單元,監(jiān)測(cè)單元通過(guò)通信鏈路與現(xiàn)場(chǎng)管理單元進(jìn)行信息交互,現(xiàn)場(chǎng)管理單元的輸出端連接網(wǎng)管,現(xiàn)場(chǎng)管理單元用于將監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)匯總并上傳至網(wǎng)管,同時(shí)將網(wǎng)管下發(fā)的控制指令發(fā)送至監(jiān)測(cè)單元。
所述監(jiān)測(cè)單元有多臺(tái),每個(gè)監(jiān)測(cè)單元均具有唯一的編號(hào)和IP,多臺(tái)監(jiān)測(cè)單元和現(xiàn)場(chǎng)管理單元之間采用星形連接;所述現(xiàn)場(chǎng)管理單元也有多臺(tái),每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)管理單元均具有唯一的編號(hào),多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)管理單元及網(wǎng)管之間也采用星形連接。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)單元的精度可調(diào),且監(jiān)測(cè)精度可達(dá)厘米級(jí)別,監(jiān)測(cè)精度高;
(2)監(jiān)測(cè)單元所用的檢測(cè)信號(hào)與漏纜工作頻率不同,不影響漏纜的正常工作,且監(jiān)測(cè)單元具有定時(shí)輪詢檢測(cè)功能,方便用戶使用,同時(shí)能夠降低設(shè)備功耗,增加設(shè)備壽命;
(3)監(jiān)測(cè)單元可同時(shí)監(jiān)測(cè)多條漏纜,并且可以跨過(guò)直放站對(duì)不同段漏纜進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以減少監(jiān)測(cè)單元的個(gè)數(shù),降低成本;
(4)采用專(zhuān)用網(wǎng)管系統(tǒng),可以對(duì)漏纜故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析和顯示故障器件,為維修人間的檢修提供依據(jù),同時(shí),網(wǎng)管還具有數(shù)據(jù)保存和查詢功能,方便技術(shù)人員為漏纜的故障狀況進(jìn)行查看和分析,以制定完善的維修方案;
(5)本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既適用于漏纜的監(jiān)測(cè),也適用于監(jiān)測(cè)天饋線系統(tǒng),實(shí)用性 強(qiáng)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的原理框圖;
圖2為本發(fā)明所述監(jiān)測(cè)主機(jī)的原理框圖;
圖3為本發(fā)明所述網(wǎng)管的原理框圖;
圖4為本發(fā)明的組網(wǎng)示意圖;
圖5為本發(fā)明所述實(shí)施例一的數(shù)據(jù)傳輸鏈路圖;
圖6為本發(fā)明所述實(shí)施例二的數(shù)據(jù)傳輸鏈路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
如圖1至圖5所示,本發(fā)明包括監(jiān)測(cè)單元、現(xiàn)場(chǎng)管理單元、通信鏈路及網(wǎng)管,監(jiān)測(cè)單元通過(guò)通信鏈路與現(xiàn)場(chǎng)管理單元進(jìn)行信息交互,現(xiàn)場(chǎng)管理單元還與網(wǎng)管相連,監(jiān)測(cè)單元用于產(chǎn)生掃頻信號(hào)輸入到漏纜中,并根據(jù)漏纜反射回的射頻信號(hào)判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置,并將故障信息傳輸給現(xiàn)場(chǎng)管理單元;現(xiàn)場(chǎng)管理單元用于將監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)匯總并上傳至網(wǎng)管,同時(shí)將網(wǎng)管下發(fā)的控制指令發(fā)送至監(jiān)測(cè)單元;網(wǎng)管用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示,并根據(jù)監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)出控制指令。
監(jiān)測(cè)單元包括監(jiān)測(cè)主機(jī)及監(jiān)測(cè)匹配終端,監(jiān)測(cè)主機(jī)包括射頻電路模塊、環(huán)形器、信號(hào)合路模塊、信號(hào)接收模塊及信號(hào)處理模塊,射頻電路模塊的輸出端通過(guò)環(huán)形器連接信號(hào)合路模塊的輸入端,信號(hào)合路模塊與漏纜相連,信號(hào)合路模塊還經(jīng)環(huán)形器連接信號(hào)接收模塊的輸入端,信號(hào)接收模塊的輸出端連接信號(hào)處理模塊的輸入端,信號(hào)處理模塊還經(jīng)通信鏈路與現(xiàn)場(chǎng)管理單元相連,射頻線路模塊還與信號(hào)處理模塊相連。射頻電路模塊產(chǎn)生掃頻信號(hào)并發(fā)送至漏纜,信號(hào) 接收模塊接收漏纜反射回的射頻信號(hào),信號(hào)處理模塊用于判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置,并將故障信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)管理單元傳輸至網(wǎng)管,同時(shí),網(wǎng)管下發(fā)的控制信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)管理單元傳輸至監(jiān)測(cè)主機(jī);環(huán)形器使信號(hào)單向環(huán)形傳輸,信號(hào)合路模塊用于將射頻電路反射的信號(hào)與直放站信號(hào)進(jìn)行合路;監(jiān)測(cè)匹配終端設(shè)置在漏纜的尾端,用于吸收漏纜尾端的射頻信號(hào),防止信號(hào)反射而影響檢測(cè)結(jié)果。監(jiān)測(cè)主機(jī)和監(jiān)測(cè)匹配終端分別與直放站相連,直放站為無(wú)線傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)有裝置,不再贅述。
根據(jù)漏纜的特性,對(duì)于阻抗完美匹配的漏纜而言,發(fā)送到漏纜的信號(hào)具有完全傳輸零反射的特性,而實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)漏纜出現(xiàn)故障時(shí),漏纜的阻抗不完全匹配,發(fā)送到漏纜的信號(hào)會(huì)反射到發(fā)送端,造成反射信號(hào)增強(qiáng)。本發(fā)明利用對(duì)反射信號(hào)的檢測(cè)來(lái)判斷故障點(diǎn)的距離和故障程度。
信號(hào)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí),為規(guī)避積分計(jì)算非常耗時(shí)的難點(diǎn),本發(fā)明中采用頻域處理的方式進(jìn)行處理,在頻域中根據(jù)傅里葉變換的卷積原理計(jì)算,把輸入信號(hào)的傅里葉變換與被測(cè)漏纜的頻響特性進(jìn)行卷積,然后再對(duì)卷積結(jié)果進(jìn)行傅里葉逆變換,獲得時(shí)域信息后即可得到被監(jiān)測(cè)漏纜的駐波比信息,從而對(duì)漏纜進(jìn)行閾值判斷。時(shí)域中的積分用頻域中的卷積來(lái)描述,可以快速計(jì)算出階躍響應(yīng)特性。
本發(fā)明中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度公式為:
式中:
A—檢測(cè)精度;
c—光速;
vp—速度系數(shù);
P—測(cè)量點(diǎn)數(shù);
ΔF—掃描帶寬。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量范圍Z為:
監(jiān)測(cè)單元對(duì)漏纜監(jiān)測(cè)時(shí),通過(guò)接收返回的掃頻信號(hào)來(lái)對(duì)漏纜進(jìn)行檢測(cè),所以監(jiān)測(cè)主機(jī)發(fā)射的掃頻信號(hào)在漏纜里作了一次往返,其動(dòng)態(tài)范圍與報(bào)警門(mén)限和被監(jiān)測(cè)漏纜長(zhǎng)度的關(guān)系為:
式中:
D—被監(jiān)測(cè)漏纜的長(zhǎng)度;
Z—可監(jiān)測(cè)的總長(zhǎng)度,單位為米;
X—漏纜的百米損耗;
RL0—駐波比故障門(mén)限所對(duì)應(yīng)的回波損耗值。
其中,回波損耗與駐波比的關(guān)系為:
式中:
VSWR—駐波比值。
信號(hào)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程有現(xiàn)有技術(shù),不再贅述。
現(xiàn)場(chǎng)管理單元包括設(shè)備通道選擇模塊及控制軟件模塊,控制軟件模塊具有識(shí)別功能,通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)單元和網(wǎng)管的IP信息進(jìn)行識(shí)別,可以使網(wǎng)管和監(jiān)測(cè)單元通過(guò)設(shè)備通道選擇模塊進(jìn)行通信。
在本實(shí)施例中,監(jiān)測(cè)單元設(shè)置在直放站機(jī)房?jī)?nèi),現(xiàn)場(chǎng)管理單元設(shè)置在基站機(jī)房?jī)?nèi)。
通信鏈路包括光電轉(zhuǎn)換模塊和電光轉(zhuǎn)換模塊,監(jiān)測(cè)單元發(fā)送的信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為光信號(hào)后,經(jīng)光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為電信號(hào)接入現(xiàn)場(chǎng)管理單元;現(xiàn)場(chǎng)管理單元發(fā)送的信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為電信號(hào)后,通過(guò)光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為電信號(hào)接入監(jiān)測(cè)單元,使用光纜傳輸可以降低損耗,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
網(wǎng)管包括數(shù)據(jù)通信模塊、實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊、告警管理模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、配置管理模塊、維護(hù)管理模塊及用戶管理模塊。數(shù)據(jù)通信模塊輸出的信號(hào)接入到實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊,實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊輸出的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中,用戶管理模塊、配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的信號(hào)也保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中,配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的配置信號(hào)和控制信號(hào)均傳輸給數(shù)據(jù)通信模塊,并下發(fā)至監(jiān)測(cè)單元。數(shù)據(jù)通信模塊用于完成所有監(jiān)測(cè)單元與網(wǎng)管之間的數(shù)據(jù)通信,定時(shí)將監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的漏纜信息與網(wǎng)管進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,是網(wǎng)管與監(jiān)測(cè)單元交互的橋梁;實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊用于完成所有監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)的漏纜實(shí)時(shí)信息的記錄與導(dǎo)出,包括所監(jiān)測(cè)漏纜的位置信息、實(shí)施告警信息、漏纜長(zhǎng)度、報(bào)警信息及用戶操作信息;告警管理模塊用于完成對(duì)告警信息的處理,包括告警后的聲音警示、告警信息確認(rèn)、告警漏纜鏈路的波形以及告警點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障器件等;數(shù)據(jù)記錄模塊是網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫(kù),完成對(duì)報(bào)警信息、用戶操作信息等的記錄以及導(dǎo)出;配置管理模塊完成網(wǎng)管對(duì)監(jiān)測(cè)單元的初始化配置,包括監(jiān)測(cè)單元的編號(hào)、IP、端口號(hào)、公里標(biāo)信息、掃描起止頻率、掃描點(diǎn)數(shù)、時(shí)間同步信息以及所監(jiān)測(cè)漏纜的起止距離、百米損耗、相對(duì)傳輸系數(shù)等基本屬性;維護(hù)管理模塊用于完成對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)管的設(shè)置和維護(hù),可以設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警門(mén)限值、定時(shí)輪詢監(jiān)測(cè)時(shí)間等;用戶管理模塊主要完成對(duì)不同用戶等級(jí)的權(quán)限劃分、用戶添加和基本信息修改、用戶統(tǒng)計(jì)等。
在本發(fā)明中,監(jiān)測(cè)單元有n個(gè),n=1,2,……,n-1,n,每個(gè)檢測(cè)單元均具有唯一的編號(hào)和IP,n個(gè)監(jiān)測(cè)單元和現(xiàn)場(chǎng)管理單元之間采用星形連接,即n個(gè)監(jiān)測(cè)單元均通過(guò)通信鏈路連接現(xiàn)場(chǎng)管理單元,現(xiàn)場(chǎng)管理單元有N個(gè),N=1,2,……,N-1,N,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)管理單元均具有唯一的編號(hào),N臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)管理單元及網(wǎng)管之間也采用星形連接,即N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)管理單元均連接網(wǎng)管,將n*N個(gè)監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)管,可以在監(jiān)控室以及通信車(chē)間查看監(jiān)控狀態(tài)。
實(shí)施例二:
如圖1至圖4及圖6所示,監(jiān)測(cè)單元包括監(jiān)測(cè)主機(jī)、監(jiān)測(cè)跨接器及監(jiān)測(cè)匹配終端,監(jiān)測(cè)主機(jī)用于產(chǎn)生掃頻信號(hào)并將掃頻信號(hào)輸入到漏纜中,根據(jù)漏纜反射回的射頻信號(hào)判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置,并將故障信息傳輸給現(xiàn)場(chǎng)管理單元;現(xiàn)場(chǎng)使用中,直放站兩端的漏纜是獨(dú)立的,監(jiān)測(cè)跨接器跨接在兩段漏纜之間,監(jiān)測(cè)跨接器可以減少監(jiān)測(cè)主機(jī)的數(shù)量,降低成本;監(jiān)測(cè)匹配終端設(shè)置在漏纜尾端,用于吸收漏纜尾端的射頻信號(hào),防止信號(hào)反射而影響檢測(cè)結(jié)果。
實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別僅在于實(shí)施例二中包括漏纜跨接器,其他均與實(shí)施例一相同。
以GSM-R漏纜為例,避開(kāi)漏纜的工作頻率,并且擇取能夠很好反應(yīng)出漏纜工作狀態(tài)的掃描頻率,精度誤差不大于5米,配置監(jiān)測(cè)主機(jī)掃描起始頻率780MHz、終止頻率820MHz、測(cè)量點(diǎn)數(shù)1033、監(jiān)測(cè)漏纜起始距離0米、監(jiān)測(cè)漏纜終止距離2000米、速度系數(shù)0.88、百米損耗2.20、三級(jí)告警門(mén)限分別為1.5、1.8、2.0。則檢測(cè)精度為:
測(cè)量范圍Z為:
根據(jù)所設(shè)置參數(shù),告警門(mén)限值為1.5時(shí),回波損耗值為:
則動(dòng)態(tài)范圍要求:
本次監(jiān)測(cè)漏纜長(zhǎng)度為2000米,大于兩相鄰直放站之間漏纜長(zhǎng)度,所以應(yīng)用方案可參考圖6,對(duì)直放站兩端的漏纜通過(guò)監(jiān)測(cè)跨接器進(jìn)行橋接,延長(zhǎng)了被監(jiān)測(cè)漏纜的距離而不影響直放站與漏纜之間的連接方式。
本發(fā)明能夠?qū)收宵c(diǎn)精確定位,監(jiān)測(cè)精度高,監(jiān)測(cè)范圍大,適用于各種長(zhǎng)度及各種頻率的漏纜的監(jiān)測(cè),同時(shí)也適用于監(jiān)測(cè)天饋線系統(tǒng),應(yīng)用范圍廣,實(shí)用性強(qiáng)。
本方面具體應(yīng)用途徑很多,上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn),這些改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。