应答器系统作为实现地-车间点式信息传输过程的重要设备,为铁路行车控制及调度指挥提供及时和必要的信息,其工作状况的正常与否直接关系到列车运行安全。随着列车运行速度的不断提高,对应答器系统安全性和可靠性的要求也越来越高。然而,目前国内外鲜有关于应答器系统电磁特性和工作机理等基础理论层面的研究成果,这对处于快速发展的中国铁路而言是个隐患。为此,本文从理论层面对包含下行激励和上行链路两个传输过程的应答器系统进行统一建模、仿真,以及相应的应用研究,具有十分重要的理论价值和现实意义,论文主要研究工作如下：(1)针对当前应答器系统在电路原理和电磁特性等研究方面存在的不足,利用有限元方法对地-车间点式信息传输过程进行静态物理建模和仿真。采用电路分析方法将应答器系统的有限元模型分为耦合线圈、激励电路和接收电路三个组成部分,将列车过点应答器的完整过程划分为休眠区、启动区和峰值区三类区域,利用静态电磁仿真得到了各类区域内地面感应电压的建立过程和系统空间的磁场分布。利用上行链路信号传输过程对有限元仿真的合理性和正确性进行了验证。(2)针对上述有限元分析法的局限性及应答器系统在工作机理等理论研究方面的不足,运用电磁场理论对列车过点应答器这一运动过程下的应答器系统进行动态理论建模和仿真。利用相关电磁定律推导出应答器接收天线感应电压及其幅值包络的数学表达式。通过理论仿真分析了列车过点应答器时应答器天线平面的磁感应强度分布和应答器感应电压幅值包络的变化规律,揭示了下行激励和上行链路传输过程之间的关系,提出了有效作用范围的概念。利用参考环磁通量的测量结果、理论结果和仿真结果对所建理论模型进行了验证。(3)基于应答器系统两个传输过程之间的关系,对其进行了相应的性能优化研究。分析了列车速度对应答器感应电压幅值包络的影响,提出性能优化的目标和评价标准。从地面应答器安装方式和车载天线安装高度两个方面分别进行优化研究,利用黄金分割法快速寻优,得到了系统的最优性能方案。实验数据表明,本优化方案确能满足系统对更高速度的适用需求。还从车载天线的安装仰角这个方面对系统优化的可行性进行了探讨,并提出了潜在的优化方案。