無線電技術(shù)在鐵路工程中的研究

1、無線電技術(shù)在鐵路工程中的研究無線電技術(shù)在鐵路工程中的研究摘要：本文通過闡述高速鐵路無線電干擾本反射、繞射和散射的根本原理，以及通FFT等算法計(jì)算信號失真度并且提出增加接觸網(wǎng)面積，進(jìn)步接觸網(wǎng)張力;減少受電弓的重量與數(shù)量的防護(hù)措施，并且介紹鐵路無線電預(yù)警裝置在鐵路運(yùn)營中的應(yīng)用。為我國推進(jìn)高速鐵路向現(xiàn)代化、智能化、信息化方向開展提供了參考。關(guān)鍵詞：反射、繞射和散射、FFT算法、鐵路無線電預(yù)警裝置隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛開展，電子信息科學(xué)與技術(shù)運(yùn)用在不同的領(lǐng)域中。在我國竭力推進(jìn)我國高速鐵路向現(xiàn)代化、智能化、信論文聯(lián)盟息化方向開展?，F(xiàn)代化高速鐵路無時(shí)無刻不運(yùn)用無線電來傳遞聲音信號和圖像信號。以保證鐵路運(yùn)輸

2、中與車輛調(diào)度等部門的溝通與聯(lián)絡(luò)，確保鐵路運(yùn)營的平安。無線通信與有線電通信相比，無線通信不需要架設(shè)專門的傳輸線路，不受通信間隔 的限制，在實(shí)際運(yùn)用中有機(jī)動(dòng)性好并且建立迅速等優(yōu)點(diǎn)，但是由于高速鐵路有速度快并在不停的情況下運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，這就使電磁波在傳播過程中產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射、多卜勒效應(yīng)等現(xiàn)象。因此就會(huì)導(dǎo)致信號傳播延遲和傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，信號易受到干擾并且很容易被截獲，從而會(huì)導(dǎo)致保密性差等后果。在這種情況下無線電技術(shù)的應(yīng)用在高速鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域逐漸受到重視，以進(jìn)步高速鐵路無線電通訊的平安性與可靠性。近幾年來，通過對無線電技術(shù)的研究，通常將無線電技術(shù)運(yùn)用在鐵路無線通訊以及鐵路無線報(bào)警系統(tǒng)等用途中。下

3、面主要介紹其詳細(xì)的研究成果。一、高速鐵路無線電干擾由于近幾年來火車不斷提速，無線電干擾問題很嚴(yán)重。主要原因是因?yàn)楫?dāng)列車的速度進(jìn)步到一定速度時(shí),列車在運(yùn)行過程中因受電弓在空氣的作用下收到了強(qiáng)大的壓力,特別是當(dāng)列車進(jìn)出隧道口時(shí),高速對流情況下空氣所產(chǎn)生的壓力突然變化,迫使受電弓產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)得到一個(gè)向上的張力,從而影響到接觸網(wǎng)得正常工作。特別是當(dāng)無線電波的傳播速度與列車運(yùn)行速度接近的情況下,受電弓與接觸導(dǎo)線的接觸范圍會(huì)受到極大的影響。高速列車實(shí)際運(yùn)用的受電弓數(shù)量很多，這種情況加劇了無線電波干擾量。研究說明影響無線電波傳播的三種最根本的機(jī)制是反射、繞射和散射1。無線電波的反射主要是由于電波遇到波長與

4、其相比比較大的物體，比方鐵道附近建筑物和隧道壁面的情況下才會(huì)發(fā)生反射。同時(shí)有效反射區(qū)的區(qū)域大小是由菲涅爾區(qū)所決定的。對無線電反射波的大小有以下公式可以得出：設(shè)入射波為端點(diǎn)為，那么反射波為。無線電波的繞射是當(dāng)電波在傳播過程中，入射波的射線遇到散射體邊界面時(shí)就會(huì)繞過障礙物而繼續(xù)傳播，從而產(chǎn)生一種新的繞射射線的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)無線電波繞射的規(guī)律是頻率較高、波長短的通常情況下無線電波繞射才能弱，如超短波、微波。信號質(zhì)量受到影響的程度通常與建筑物的高度和接收天線與發(fā)射基站之間的間隔 有關(guān)，同時(shí)還與發(fā)射頻率有關(guān)。無線電波的散射是當(dāng)電波射入波長小于入射波波長的介質(zhì)中的情況下，本來被反射的能量發(fā)生散射，分布在各

5、個(gè)方向，從而會(huì)導(dǎo)致接收到的信號要比發(fā)生繞射和反射后的模型預(yù)測強(qiáng)很多，造成了多徑效應(yīng)。計(jì)算散射波的方法如下：當(dāng)給定的入射角度為時(shí)，其外表平整度的參考值為：，為常數(shù)。當(dāng)外表的最大突起高度小于的情況下，那么認(rèn)為物體的外表是光滑的，反射系數(shù)就要乘以散射損耗系數(shù)確定出，以得出反射場的減弱大校二、高速鐵路無線電的防護(hù)由以上所述的高速鐵路無線電干擾因素研究，可以看出無線電波的失真度在高速鐵路無線電的防護(hù)研究中有著舉足輕重的地位。近幾年通過對無線電波的失真度的研究得出了許多失真度測量方法，各個(gè)方法是根據(jù)頻率范圍、失真度測量范圍2、測量精度等不同的指標(biāo)特點(diǎn)來確定的。根據(jù)測量原理可以將失真度測量儀器兩種方法。即基

6、波剔除法與頻譜分析法。這兩種儀論文聯(lián)盟器是通過無源網(wǎng)絡(luò)抑制基波的頻率選擇特征不同，從而利用總電壓有效值結(jié)合抑制基波后產(chǎn)生的諧波電壓有效值計(jì)算出失真度的大校根據(jù)利用最小二乘法的回歸處理理論我們可以得到無線電干擾值的公式，其中H為干擾場估算值，F(xiàn)為發(fā)射點(diǎn)位與鐵路的間隔 。然后將估算值利用FFT法或者曲線擬合法等失真度計(jì)算方法進(jìn)展處理。而近幾年開展出的一種DSP芯片，因?yàn)槠洳捎昧颂厥饪偩€構(gòu)造與指令使得FFT算法實(shí)現(xiàn)的得到簡化3，并且有很高的準(zhǔn)確度。其原理是利用了傅里葉變換得出信號的基波和各次諧波的電壓有效值，再代入以上所提到的公式中求得失真度值。在求得失真度值后，根據(jù)無線電信號的失真詳細(xì)情況采用如下

7、措施進(jìn)展防護(hù)，從而到達(dá)信號的通暢。1增加接觸網(wǎng)面積，進(jìn)步接觸網(wǎng)張力。根據(jù)研究成果說明,在一般的情況以下車運(yùn)行速度最高不低于接觸網(wǎng)波動(dòng)傳播速度的20%左右。假設(shè)列車的行駛速度超出此程度,列車無線電波的受流性能就會(huì)受到影響。由此看來要進(jìn)步列車的運(yùn)行速度就必需要增加接觸網(wǎng)面積與進(jìn)步接觸網(wǎng)的張力,這樣就能限制無線電干擾情況的發(fā)生；2減少受電弓的重量與數(shù)量。受電弓的質(zhì)量使得其在列車運(yùn)行中將不可防止的產(chǎn)活力械慣性，從而影響受電弓的跟隨性能。減輕受電弓重量最可行的方法就是在受電弓上增加微動(dòng)彈簧以減輕其重量。與此同時(shí)還應(yīng)考慮在已經(jīng)到達(dá)足夠的功率的情況下，減少受電弓的個(gè)數(shù),以降低離線率的發(fā)生。三、鐵路無線電預(yù)警裝置在鐵路營運(yùn)過程中，無線電的運(yùn)用無處不在。鐵路無線電預(yù)警裝置是鐵路對無線電的一個(gè)重要用途。設(shè)計(jì)全自動(dòng)無線預(yù)報(bào)來車信息主要是利用了磁電傳感器來檢測列車接近時(shí)所發(fā)出的信號，此信號是經(jīng)過列車的信號發(fā)送設(shè)備進(jìn)展編碼之后由無線電數(shù)據(jù)傳模塊向道口的接收設(shè)備傳輸?shù)?，一旦道口承受設(shè)備收到來車信息后，隨即按照鐵路道口的列車整體布局調(diào)度進(jìn)展報(bào)警和取消報(bào)警兩種方案4。從而可以及時(shí)的預(yù)報(bào)來車信息，進(jìn)步了鐵路道口的平安性，防止了列車調(diào)度不合理等問題。為我國修建高速鐵路，完成平安運(yùn)營目的提供有力保障。1吉田順重,川村武彥，鐵道的電波雜音.RRR,1992，(6)2孫偉，郭寶