论文部分内容阅读
摘要：京津城际C-3D型列控车载设备（ATP）故障集中在应答器传输通道关闭。故障原因是应答器系统的旁瓣干扰。本文通过对旁瓣干扰的分析和实际运营试验，提出解决应答器系统旁瓣干扰的途径是调整应答器信息接收天线（BTM天线）距地面应答器的高度。
关键词：列控车载设备；应答器；旁瓣干扰；应答器信息接收天线；
中图分类号：F530.32 文献标识码：A
1 引言
2008年8月1日中国第一条城际高速铁路——京津城际开通运营。京津线使用CRH3型动车组，其列控车载设备为德国西门子公司生产，国内称为C-3D型ATP。C-3D型ATP设备故障率明显高于其他类型，其中95%的故障为应答器传输通道关闭故障。据统计，2011年C-3D型ATP发生故障124件，2012年C-3D型ATP发生故障110件。2013年1月至5月，C-3D型ATP发生应答器传输通道关闭故障24件，平均每月4.8件。对正常的运营秩序造成很大的影响。
车载应答器信息接收天线（BTM天线）接收地面应答器信息过程中，很容易受到旁瓣干扰的影响，引发应答器传输模块（BTM）故障。京津城际列车经常在接触网供电分相区处、进站和出站等地面关键应答器处，因C-3D型ATP设备应答器传输通道关闭故障，触发紧急制动停车。
本文将对京津城际C-3D型ATP设备应答器传输通道关闭故障原因进行分析，介绍旁瓣干扰的产生因素，对比应答器信息接收天线（BTM天线）高度调整前后故障件数，为解决此类故障提供一种可靠的解决方案。
2 应答器系统的组成及工作原理
应答器系统由车载设备和地面设备两部分组成。车载设备包括BTM主机、连接电缆和BTM天线。地面设备包括有源应答器、无源应答器和轨旁电子单元。车载BTM天线利用电磁耦合技术，实现与地面应答器之间的能量和信号传输。
列车运行过程中，BTM天线不间断地向地面发送27.095MHz的无线射频。地面应答器接收到此能量信号会被激活，以4.234MHz的中心频率向外发送编码信息，直至能量耗尽。BTM主机将接收到的信息进行解调、解码，并将报文传输给ATP主机计算目标距离模式曲线。
图1：应答器系统工作示意图
3 C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障分析
根据地面应答器和车载BTM天线的安装情况，车载设备在通过应答器时会收到旁瓣信号。
图2：主瓣区、旁瓣去和串扰保护区示意图
图2中，主瓣与旁瓣间的距离△x取决于地面应答器和车载BTM天线的安装情况。主瓣与旁瓣间的时差△t取决于△x和车速V。如果两个瓣之间的时差在4±0.0008ms之内，C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障就有很大概率发生。
因此，C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障原因为旁瓣干扰引起。
4旁瓣区的产生因素及解决方法
研究认为：旁瓣区的产生取决于车载BTM的门槛值和旁瓣区的磁场强度2个因素。门槛值一般是在车载BTM设备上电自检过程中，根据天线周围环境、接收到的自检信号幅度等因素而自行设置，运行中不会变化。旁瓣区的信号强度与27MHz的信号强度相关。因此，为减少旁瓣区的影响，应尽量保证旁瓣区信号幅度在门槛电压之下。
西门子公司实验室仿真实验结果表明：旁瓣区主要取决于应答器和天线之间的高度。当高度小于280mm时，会产生旁瓣区；当高度大于340mm时，不会产生旁瓣区；在280-340mm之间时，则不确定。随着高度的增加，接触时间会减少，上传信号强度会较弱，同样会造成应答器信息的丢失。
京津城际地面应答器安装高度为距离轨面-120mm至-193mm，车载BTM天线距离轨面137mm至167mm。计算可得BTM天线距离地面应答器高度值为257mm至360mm。结合西门子公司实验室仿真结果，当高度差小于280mm时，会产生旁瓣区，影响应答器信息的接收，引起ATP应答器传输通道关闭。
因此，京津城际项目可以通过调整BTM天线距离地面应答器高度值至280mm-360mm，降低旁瓣干扰影响，较少C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障件数。
5 运营试验
（1）试验动车组BTM天线距离地面应答器高度调整前
2013年4月1日至4月30日，CRH3-005车08端1系BTM天线高度值保持在为140mm。BTM天线距离地面应答器高度值为260mm至333mm，共发生应答器传输通道关闭故障6件。
（2）试验动車组BTM天线距离地面应答器高度调整后
2013年5月1日至5月30日，CRH3-005车08端1系BTM天线高度值调整为165mm。BTM天线距离地面应答器高度值为285mm至358mm，未发生应答器传输通道关闭故障。
（3）京津城际项目整治效果
2013年6月初，完成对20组C-3D型ATP设备BTM天线高度调整，高度范围为160mm至167mm。BTM天线距离地面应答器高度值为280mm至360mm。6月至9月，应答器传输通道关闭故障发生4件，平均每月1件，远远低于1至5月的每月4.8件。整治效果明显。
运营试验结果表明调整BTM天线距离地面应答器高度值为280mm至360mm是一种可行的解决方案。
6 结束语
C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障原因为应答器旁瓣干扰。实际运用中应保证BTM天线和地面应答器之间的距离合适，降低旁瓣区的干扰。本文从原理分析到运营试验，给出了降低C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障的解决方案。
参考文献
[1]杨永亮.高速铁路应答器系统的电磁特性研究[D].北京:北京交通大学.2010.12
[2]赵银锋,朱卫华,陈立.应答器旁瓣区分析及解决方案[J] .铁道通信信号.2013.6.49(6).19-20
关键词：列控车载设备；应答器；旁瓣干扰；应答器信息接收天线；
中图分类号：F530.32 文献标识码：A
1 引言
2008年8月1日中国第一条城际高速铁路——京津城际开通运营。京津线使用CRH3型动车组，其列控车载设备为德国西门子公司生产，国内称为C-3D型ATP。C-3D型ATP设备故障率明显高于其他类型，其中95%的故障为应答器传输通道关闭故障。据统计，2011年C-3D型ATP发生故障124件，2012年C-3D型ATP发生故障110件。2013年1月至5月，C-3D型ATP发生应答器传输通道关闭故障24件，平均每月4.8件。对正常的运营秩序造成很大的影响。
车载应答器信息接收天线（BTM天线）接收地面应答器信息过程中，很容易受到旁瓣干扰的影响，引发应答器传输模块（BTM）故障。京津城际列车经常在接触网供电分相区处、进站和出站等地面关键应答器处，因C-3D型ATP设备应答器传输通道关闭故障，触发紧急制动停车。
本文将对京津城际C-3D型ATP设备应答器传输通道关闭故障原因进行分析，介绍旁瓣干扰的产生因素，对比应答器信息接收天线（BTM天线）高度调整前后故障件数，为解决此类故障提供一种可靠的解决方案。
2 应答器系统的组成及工作原理
应答器系统由车载设备和地面设备两部分组成。车载设备包括BTM主机、连接电缆和BTM天线。地面设备包括有源应答器、无源应答器和轨旁电子单元。车载BTM天线利用电磁耦合技术，实现与地面应答器之间的能量和信号传输。
列车运行过程中，BTM天线不间断地向地面发送27.095MHz的无线射频。地面应答器接收到此能量信号会被激活，以4.234MHz的中心频率向外发送编码信息，直至能量耗尽。BTM主机将接收到的信息进行解调、解码，并将报文传输给ATP主机计算目标距离模式曲线。
图1：应答器系统工作示意图
3 C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障分析
根据地面应答器和车载BTM天线的安装情况，车载设备在通过应答器时会收到旁瓣信号。
图2：主瓣区、旁瓣去和串扰保护区示意图
图2中，主瓣与旁瓣间的距离△x取决于地面应答器和车载BTM天线的安装情况。主瓣与旁瓣间的时差△t取决于△x和车速V。如果两个瓣之间的时差在4±0.0008ms之内，C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障就有很大概率发生。
因此，C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障原因为旁瓣干扰引起。
4旁瓣区的产生因素及解决方法
研究认为：旁瓣区的产生取决于车载BTM的门槛值和旁瓣区的磁场强度2个因素。门槛值一般是在车载BTM设备上电自检过程中，根据天线周围环境、接收到的自检信号幅度等因素而自行设置，运行中不会变化。旁瓣区的信号强度与27MHz的信号强度相关。因此，为减少旁瓣区的影响，应尽量保证旁瓣区信号幅度在门槛电压之下。
西门子公司实验室仿真实验结果表明：旁瓣区主要取决于应答器和天线之间的高度。当高度小于280mm时，会产生旁瓣区；当高度大于340mm时，不会产生旁瓣区；在280-340mm之间时，则不确定。随着高度的增加，接触时间会减少，上传信号强度会较弱，同样会造成应答器信息的丢失。
京津城际地面应答器安装高度为距离轨面-120mm至-193mm，车载BTM天线距离轨面137mm至167mm。计算可得BTM天线距离地面应答器高度值为257mm至360mm。结合西门子公司实验室仿真结果，当高度差小于280mm时，会产生旁瓣区，影响应答器信息的接收，引起ATP应答器传输通道关闭。
因此，京津城际项目可以通过调整BTM天线距离地面应答器高度值至280mm-360mm，降低旁瓣干扰影响，较少C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障件数。
5 运营试验
（1）试验动车组BTM天线距离地面应答器高度调整前
2013年4月1日至4月30日，CRH3-005车08端1系BTM天线高度值保持在为140mm。BTM天线距离地面应答器高度值为260mm至333mm，共发生应答器传输通道关闭故障6件。
（2）试验动車组BTM天线距离地面应答器高度调整后
2013年5月1日至5月30日，CRH3-005车08端1系BTM天线高度值调整为165mm。BTM天线距离地面应答器高度值为285mm至358mm，未发生应答器传输通道关闭故障。
（3）京津城际项目整治效果
2013年6月初，完成对20组C-3D型ATP设备BTM天线高度调整，高度范围为160mm至167mm。BTM天线距离地面应答器高度值为280mm至360mm。6月至9月，应答器传输通道关闭故障发生4件，平均每月1件，远远低于1至5月的每月4.8件。整治效果明显。
运营试验结果表明调整BTM天线距离地面应答器高度值为280mm至360mm是一种可行的解决方案。
6 结束语
C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障原因为应答器旁瓣干扰。实际运用中应保证BTM天线和地面应答器之间的距离合适，降低旁瓣区的干扰。本文从原理分析到运营试验，给出了降低C-3D型ATP应答器传输通道关闭故障的解决方案。
参考文献
[1]杨永亮.高速铁路应答器系统的电磁特性研究[D].北京:北京交通大学.2010.12
[2]赵银锋,朱卫华,陈立.应答器旁瓣区分析及解决方案[J] .铁道通信信号.2013.6.49(6).19-20