無(wú)線電技術(shù)在鐵路工程中的研究

1、無(wú)線電技術(shù)在鐵路工程中的研究無(wú)線電技術(shù)在鐵路工程中的研究摘要：本文通過(guò)闡述高速鐵路無(wú)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(hào)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(wú)線電預(yù)警裝置在鐵路運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用。為我國(guó)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(wú)線電預(yù)警裝置隨著我國(guó)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(guó)竭力推進(jìn)我國(guó)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(wú)時(shí)無(wú)刻不運(yùn)用無(wú)線電來(lái)傳遞聲音信號(hào)和圖像信號(hào)。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(yíng)的平安。無(wú)線通信與有線電通信相比，無(wú)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(guò)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(hào)傳播延遲和傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，信號(hào)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(wú)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(wú)線電通訊的平安性與可靠性。近幾年來(lái)，通過(guò)對(duì)無(wú)線電技術(shù)的研究，通常將無(wú)線電技術(shù)運(yùn)用在鐵路無(wú)線通訊以及鐵路無(wú)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(wú)線電干擾由于近幾年來(lái)火車不斷提速，無(wú)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(guò)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(duì)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(wú)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(wú)線電波干擾量。研究說(shuō)明影響無(wú)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(wú)線電波的反射主要是由于電波遇到波長(zhǎng)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(duì)無(wú)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(wú)線電波的繞射是當(dāng)電波在傳播過(guò)程中，入射波的射線遇到散射體邊界面時(shí)就會(huì)繞過(guò)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(wú)線電波繞射的規(guī)律是頻率較高、波長(zhǎng)短的通常情況下無(wú)線電波繞射才能弱，如超短波、微波。信號(hào)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(wú)線電波的散射是當(dāng)電波射入波長(zhǎng)小于入射波波長(zhǎng)的介質(zhì)中的情況下，本來(lái)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(hào)要比發(fā)生繞射和反射后的模型預(yù)測(cè)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(chǎng)的減弱大校二、高速鐵路無(wú)線電的防護(hù)由以上所述的高速鐵路無(wú)線電干擾因素研究，可以看出無(wú)線電波的失真度在高速鐵路無(wú)線電的防護(hù)研究中有著舉足輕重的地位。近幾年通過(guò)對(duì)無(wú)線電波的失真度的研究得出了許多失真度測(cè)量方法，各個(gè)方法是根據(jù)頻率范圍、失真度測(cè)量范圍2、測(cè)量精度等不同的指標(biāo)特點(diǎn)來(lái)確定的。根據(jù)測(cè)量原理可以將失真度測(cè)量?jī)x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(guò)無(wú)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(wú)線電干擾值的公式，其中H為干擾場(chǎng)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(jiǎn)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(hào)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(wú)線電信號(hào)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(hào)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(shuō)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(wú)線電波的受流性能就會(huì)受到影響。由此看來(lái)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(wú)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(wú)線電預(yù)警裝置在鐵路營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，無(wú)線電的運(yùn)用無(wú)處不在。鐵路無(wú)線電預(yù)警裝置是鐵路對(duì)無(wú)線電的一個(gè)重要用途。設(shè)計(jì)全自動(dòng)無(wú)線預(yù)報(bào)來(lái)車信息主要是利用了磁電傳感器來(lái)檢測(cè)列車接近時(shí)所發(fā)出的信號(hào)，此信號(hào)是經(jīng)過(guò)列車的信號(hào)發(fā)送設(shè)備進(jìn)展編碼之后由無(wú)線電數(shù)據(jù)傳模塊向道口的接收設(shè)備傳輸?shù)模坏┑揽诔惺茉O(shè)備收到來(lái)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(lái)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(guó)修建高速鐵路，完成平安運(yùn)營(yíng)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