北斗卫星通信视角下铁路防灾监控体系抗干扰特性分析及有关电路技术探讨

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1、北斗卫星通信视角下铁路防灾监控体系抗干扰特性分析及有关电路技术探讨1绪论1.1研究背景我国是一个地域面积广阔且自然灾害多发的国家，如地震、风暴、洪水、冰雪等，这些灾害时有发生，造成人身和财产受到严重损失。而铁路线路在全国范围内分布广泛，这些线路基本上均受到过不同程度的灾害侵袭，在2007年2月，南疆二线遭遇大风，火车车身被吹翻，造成人员伤亡；2008年汶川地震期间，地震造成宝成线的列车线路多处发生塌方，致使列车运行中断；2009年广州局黎塘发生泥石流、滑坡，致使上行列车侧翻侵入下行列车轨道，造成十人受伤，列车停运72小时。自然灾害对列车的运行造成很大的危害，有的灾害甚至对铁路造成

2、极其严重的毁坏，导致大量的人员伤亡和国家财产的损失。所以制定科学有效的预防机制，在灾害发生前或发生时，及时准确的实施防范或救援措施，使灾害造成的影响降到最低，对确保铁路的安全运营有着重大的实际意义。建设完善的铁路防灾监测系统一直都是各个国家研究的重点，其中以日本和法国为代表，日本对风、地震和异物侵限等灾害的监测已拥有较为成熟的技术，日本的新干线在铁路沿线装置了地震、风、洪水、雨雪、异物侵限等检测装置，建立了较完善的防灾监控系统；法国在列车控制、地震预测等方面有深入研究，其建立的列车自动控制系统，以列车信号为主，不仅可以完成列车速度的自动控制，还可对设备状态和自然环境进行检测和告警

3、，保证了列车运行安全。目前我国已成功的将一些防灾监控系统应用于铁路，在京津城际的铁路沿线已安装了地震紧急处置系统。此外我国建设并投入使用的监控系统还有大风监测子系统、雪量监测子系统、雨量监测子系统和异物侵限监测子系统等。本论文中涉及的基于北斗卫星通信的铁路防灾监测系统，分析了灾情告警信息的特点，利用北斗卫星系统的通信优势，将北斗一号卫星通信系统与铁路灾情监测系统相结合，更好的实现对铁路沿线情况的监测与告警。1.2硏究内容1.2.1基于北斗卫星通信的铁路防灾监测系统简介基于北斗卫星通信的铁路防灾监测系统，就是一种针对铁路建设的全面有效的监控网络，对如洪水、地震、山石滑坡、泥石流等自

4、然灾害进行实时的监测，使铁路控制中心及时的了解灾情信息，进而实施有效的防护措施，降低灾害的破坏，保证列车安全运行。另外，此系统是将北斗卫星通信系统融入到铁路防灾监测中，充分利用北斗卫星通信的特点和优势，更加及时、有效的完成灾情信息的传送。基于北斗卫星通信的铁路防灾监测系统组成框图如图1-1所示。铁路防灾监测系统主要包括传感器、数据采集传输单元RTU、现场主控单元FCU、北斗卫星的上位机和铁路控制中心的接收机。1.2.2研究方向铁路防灾监测系统是通过安装在铁路线路周围的传感器来采集灾情信息，并将这些信息发送给数据采集传输单元RTU，然后RTU将这些信息发送到现场主控单元FCU，再通

5、过FCU发送给北斗卫星的上位机，最后上位机将信息转发到车站或铁路控制中心。本论文的研究分为两个主要方向：信号通过北斗发射终端发送到北斗卫星接收机过程中，要经过地球的大气层，其中对流层和电离层对信号传输的影响，以及可能存在的人为电磁干扰，都会造成通信误比特率指标的下降。北斗通信系统采用CDMA扩频技术以增强信号的抗干扰性能，提高数据传输的可靠性，故需要对扩频通信系统的抗干扰性能加以分析和评估；传感器装置在铁路沿线附近，这种环境存在很强的电磁骚扰，可能对传感器采集到的微弱信号造成严重干扰，因此在设计传感器的测量放大电路时需采用特殊的电路结构和若干抗干扰设计方法，用以降低骚扰造成的不良

6、影响，以保证系统的正常工作。2北斗无线通信的抗干扰性能分析铁路防灾监测系统的现场主控单元FCU与北斗卫星之间的通信是利用北斗无线通信功能进行的。图2-1为地面设备与北斗卫星的信息交互流程。FCU将数据采集传输单元RTU传来的信号进行整理，去除掉重复的信息并区分告警信息和基本的传感器配置信息。然后通过北斗无线通信信道发送到北斗卫星的上位机中，FCU向北斗接收机发送信息分为主动上传和被动上传这两种方式。主动上传是当FCU收到告警信息时，FCU要主动向北斗卫星发送告警信号，不需要被动的等待上位机发送需求请求。被动上传是当北斗卫星的上位机要求知道传感器的配置信息时，给FCU下发一个请求指

7、令，此时FCU会被动地上传传感器的配置信息。所以北斗卫星接收机与FCU中的发射机之间会进行上行和下行两种通信。北斗卫星的接收机作为中转站，将这些信息及时的发送给车站或铁路控制中心。2.1北斗短报文通信简介本铁路防灾监测系统中，应用北斗系统的短报文无线通信功能，在现场主控单元FCU中安装北斗一号用户机，通过用户机与北斗卫星实现信息交互。北斗用户机包括指挥型用户机和普通型用户机，北斗系统的用户可进行用户与用户间的点对点通信、指挥型用户与普通型用户间的通播通信和用户自发自收通信。通信分