應(yīng)答器原理分析與探索

1、高速鐵路應(yīng)答器原理分析與探索 提到應(yīng)答器，好多人或許不知道它是什么，其實(shí)應(yīng)答器是一種用于地面向列車信息傳輸?shù)狞c(diǎn)式設(shè)備，分為固定（無(wú)源）應(yīng)答器和可變（有源）應(yīng)答器。主要用途是向列控車載設(shè)備提供可靠的地面固定信息和可變信息。也就是說(shuō)應(yīng)答器是一種能向車載子系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文信息的傳輸設(shè)備，既可以傳送固定信息，也可連接軌旁單元傳送可變信息。應(yīng)答器共分為兩種，及無(wú)源應(yīng)答器（組）和有源應(yīng)答器。無(wú)源應(yīng)答器：用于發(fā)送固定不變的數(shù)據(jù)，用于提供線路固定參數(shù)，如線路坡度、線路允許速度、軌道電路參數(shù)、鏈接信息、列控等級(jí)切換等。 有源應(yīng)答器：傳輸可變信息。必須通過(guò)專用的應(yīng)答器電纜與LEU設(shè)備連接，可以根據(jù)LEU設(shè)備所發(fā)送的報(bào)

2、文，變化的向列車傳送應(yīng)答器報(bào)文信息。與LEU（地面電子單元）連接，用于發(fā)送來(lái)自于LEU的報(bào)文，在既有線提速區(qū)段，有源應(yīng)答器設(shè)置在車站進(jìn)站端和出站段，主要發(fā)送進(jìn)路信息和臨時(shí)限速信息。其實(shí)無(wú)論有源應(yīng)答器，還是無(wú)源應(yīng)答器，它們的工作原理及目的都是一樣的，它們的工作原理是當(dāng)列車經(jīng)過(guò)地面應(yīng)答器上方時(shí)，應(yīng)答器接收到列控車載設(shè)備點(diǎn)式信息接收天線發(fā)送的電磁能量后，應(yīng)答器 將能量轉(zhuǎn)換為工作電源，啟動(dòng)電子電路工作，把預(yù)先存儲(chǔ)或LEU傳送的1023為應(yīng)答器傳輸報(bào)文循環(huán)發(fā)送出去，直至電能消失。 而它們的工作目的就是為了向通過(guò)列車傳送信息。應(yīng)答器向列車傳送的信息大概如下：（1）線路基本參數(shù)：如線路坡度、軌道區(qū)段等參數(shù)；

3、 （2）線路速度信息：如線路最大允許速度、列車最大允許速度等； （3）臨時(shí)限速信息：當(dāng)由于施工等原因引起的對(duì)列車運(yùn)行速度進(jìn)行限制時(shí)，向列車提供臨時(shí)限速信息； （4）車站進(jìn)路信息：根據(jù)車站接發(fā)車進(jìn)路，向列車提供“線路坡度”、“線路速度”、“軌道區(qū)段”、等參數(shù)； （5）道岔信息：給出前方道岔側(cè)向允許列車運(yùn)行的速度； （6）特殊定位信息：如升降弓、進(jìn)出隧道、鳴笛、列車定位等； （7）其他信息：固定固定障礙物信息、列車運(yùn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)、鏈接數(shù)據(jù)等。 每個(gè)應(yīng)答器（組）都有一個(gè)編號(hào)，并且該編號(hào)在全國(guó)鐵路范圍是唯一的。 無(wú)源應(yīng)答器（也稱固定應(yīng)答器）設(shè)于閉塞分區(qū)入口和車站進(jìn)、出站端處，用于向列控車載設(shè)備傳輸閉塞分

4、區(qū)長(zhǎng)度、線路速度、線路坡度、列車定位等信息。有源應(yīng)答器（也稱可變應(yīng)答器）設(shè)置于車站進(jìn)、出站端，當(dāng)列車通過(guò)應(yīng)答器時(shí)，應(yīng)答器向列車提供接車進(jìn)路參數(shù)、臨時(shí)限速等信息。 應(yīng)答器設(shè)備可以簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和發(fā)送器，當(dāng)車載天線激活該應(yīng)答器時(shí)，應(yīng)答器發(fā)送自身存儲(chǔ)的應(yīng)答器報(bào)文或地面電子單元（LEU）傳送的應(yīng)答器報(bào)文。該圖就是應(yīng)答器的安裝示意圖，應(yīng)答器置于鐵軌中，向通過(guò)的火車傳遞信息。客運(yùn)專線列控系統(tǒng)兩相鄰的應(yīng)答器之間的最小安裝間隔限制研究在客運(yùn)專線列控系統(tǒng)CTCS2及CTCS3級(jí)的應(yīng)用中，以應(yīng)答器方式做為地-車之間信息傳輸?shù)幕痉绞街?。在每個(gè)信息點(diǎn)處設(shè)置一組應(yīng)答器，每組應(yīng)答器內(nèi)由數(shù)量不等的沿鐵路線路

5、布置的應(yīng)答器構(gòu)成。 理論上，兩個(gè)相鄰的應(yīng)答器可首尾相連安裝，但前提是應(yīng)答器的發(fā)送、接收天線與車載天線的場(chǎng)分布僅有主波瓣且主波瓣不得發(fā)散；場(chǎng)的上升沿與下降沿應(yīng)是陡峭的，不允許存在傾斜。這兩項(xiàng)要求在實(shí)際情況下均是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此，不可能將兩相鄰的應(yīng)答器首尾相連安裝，應(yīng)有一定的間隔。對(duì)兩相鄰的應(yīng)答器之間最小間隔的影響因素 受天線制作工藝的制約，每個(gè)天線除了希望的主波瓣以外，不可避免的伴生著旁瓣；在開放的空間內(nèi)，天線的主波瓣亦無(wú)法做到不發(fā)散。當(dāng)兩個(gè)相鄰安裝的應(yīng)答器之間的間隔小于車載天線與應(yīng)答器天線的旁瓣作用之和時(shí)，車載設(shè)備同時(shí)收到兩個(gè)應(yīng)答器發(fā)送的信號(hào)，使車載設(shè)備無(wú)法識(shí)別。 天線作為一個(gè)感性元件，場(chǎng)的建

6、立與消失不可能是瞬時(shí)發(fā)生的。是隨著時(shí)間的推移而逐漸建立與消失的。列車以高速運(yùn)行于兩個(gè)應(yīng)答器之間，車載天線在兩個(gè)應(yīng)答器天線之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車載天線脫離前一個(gè)應(yīng)答器天線場(chǎng)的作用范圍但其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)并未完全消失，下一個(gè)應(yīng)答器已經(jīng)接收到車載天線發(fā)送的功率微波而被激活，車載設(shè)備仍然可能同時(shí)收到兩個(gè)應(yīng)答器發(fā)送的信號(hào)。應(yīng)答器是實(shí)現(xiàn)地-車信息傳輸?shù)慕M成部分之一，車載設(shè)備通過(guò)安裝在列車底部的車載天線向地面發(fā)送功率微波，當(dāng)列車經(jīng)過(guò)應(yīng)答器時(shí)，應(yīng)答器通過(guò)自身的天線接收該功率微波并以此為能量開始工作，向列車發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)車載天線與應(yīng)答器天線相同時(shí)，它所具有的電磁場(chǎng)分布與應(yīng)答器是相同的。為保證車載設(shè)備不同時(shí)收到兩個(gè)應(yīng)答

7、器發(fā)送的信號(hào)，一方面應(yīng)保證功率微波的電磁場(chǎng)不同時(shí)覆蓋兩個(gè)應(yīng)答器，即車載設(shè)備不同時(shí)激活兩個(gè)應(yīng)答器；另一方面，亦應(yīng)保證車載天線的電磁場(chǎng)分布不同時(shí)與兩個(gè)應(yīng)答器天線的場(chǎng)分布發(fā)生重疊。上述最小間隔存在的前提是電磁場(chǎng)的升、降沿是陡峭的。天線作為感性元件，電磁場(chǎng)的建立與消失不可能在瞬間完成而具有一定的延時(shí)；應(yīng)答器作為實(shí)際存在的設(shè)備，其工作狀態(tài)的改變是具有一定的“臨界”值的。在這些因素的綜合影響下，使信息傳輸過(guò)程中承受著較大的交叉干擾的風(fēng)險(xiǎn)。如果前一個(gè)應(yīng)答器與后一個(gè)應(yīng)答器的磁通均處于臨界狀態(tài)，那么此時(shí)，列車將同時(shí)收到兩個(gè)應(yīng)答器的信息或同時(shí)激活兩個(gè)應(yīng)答器。這是不允許的。而在前一個(gè)應(yīng)答器的磁通下降到臨界值時(shí)，開始

8、激活后一個(gè)應(yīng)答器。由于磁通的下降速度遠(yuǎn)高于上升速度，故前后應(yīng)答器達(dá)到臨界磁通具有一定的時(shí)間間隔，由此可以消除兩應(yīng)答器之間的相互影響。由于前一個(gè)應(yīng)答器的磁通尚未降到零，在存在應(yīng)答器參數(shù)離散的情況下，仍然存在著同時(shí)激活兩個(gè)應(yīng)答器的可能。所以該情況也應(yīng)避免。在前一個(gè)應(yīng)答器的磁通下降到零時(shí)，開始激活后一個(gè)應(yīng)答器。從理論上避免了兩個(gè)應(yīng)答器同時(shí)向車載設(shè)備傳輸信息的可能性。而在實(shí)際布置時(shí)還應(yīng)考慮距離誤差的影響，其影響程度還直接與列車速度有關(guān)。基本的UHF RFID應(yīng)答器由整流器、調(diào)制器、解調(diào)器以及處理邏輯電平協(xié)議和存儲(chǔ)功能的數(shù)字電路組成。即如下圖所示：Dickson電荷泵是UHF RFID整流器電路的一種可

9、選結(jié)構(gòu)，下圖是Dickson電荷泵的工作原理圖。天線/RFID芯片連接的簡(jiǎn)單等效電路可用電抗與電阻并聯(lián)來(lái)表示。         在UHF RFID芯片設(shè)計(jì)中，天線端的等效阻抗可用電抗與電阻并聯(lián)來(lái)表示下圖是標(biāo)簽存儲(chǔ)器，它分為四個(gè)不同的組，每一個(gè)都包含0或者更多的存儲(chǔ)字這個(gè)是標(biāo)簽存儲(chǔ)器，它分為四個(gè)不同的組，每一個(gè)都包含0或者更多的存儲(chǔ)字 1包含取消和讀取密碼的保留存儲(chǔ)器。 2包含有一個(gè)CRC-16、協(xié)議控制(PC)位的EPC存儲(chǔ)器，以及標(biāo)簽連接或?qū)⑦B接的用來(lái)標(biāo)識(shí)物體的電子產(chǎn)品碼(EPC)。 3TID存儲(chǔ)器包含有一個(gè)8-b ISO/IEC 15963分配類標(biāo)識(shí)，用于詢問(wèn)器惟一標(biāo)識(shí)常規(guī)命令和/或標(biāo)簽支持的可選功能。 4允許用戶定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的用戶存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)由用戶定義。應(yīng)答器中的存儲(chǔ)器單元很重要。為實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的讀/寫，必須要有EEPROM和閃存等非易失性存儲(chǔ)器。采特殊工藝的EEPROM或閃存的可用性，也將限制它們?cè)谧x/寫標(biāo)簽中的應(yīng)用。如果需要EEPROM和閃存