高速磁浮运控系统车地通信的DSPN建模与验证

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1、宣享京交硕士学位论文高速磁浮运控系统车地通信的DSPN建模与验证TheModelingandValidationofVehicletoGroundCommunicationforHighspeedMaglevOperationControlSystemwithDSPN作者：孙雅晴导师：穆建成北京交通大学2013年3月uDc．656密级：公开IIhlllllHlllllltllMIIIIlUllllJllllllkllllY2428254北京交通大学硕士学位论文高速磁浮运控系统车地通信的DSPN建模与验证TheModelin

2、gandValidationofVehicletoGroundCommunicationforHighSpeedMaglevOperationControlSystemwithDSPN作者姓名：孙雅晴导师姓名：穆建成学位类别：工学学号：10120311职称：教授学位级别：硕士学科专业：交通信息工程及控制研究方向：运输自动化北京交通大学2013年3月致谢本论文的工作是在我的导师穆建成教授和马连川副教授的悉心指导下完成的，他们严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。穆建成教授不仅仅是我的导师，更是我人生道路上的标

3、尺。他严谨的治学态度和谦虚的为人处事，给我留下深刻的印象。每次例会，穆老师对我们的谆谆教导和关心，使我在学习和生活中充满热情和动力。马连川副教授对我实验室的科研和论文给予了悉心的指导，对我们的未来的工作和平日的生活也给于了很大的关心和帮助，其严谨和认真的工作态度对我以后的人生道路也产生了很大的影响，在此衷心感谢三年来穆老师和马老师对我的关心和指导。黄友能副教授作为我研究生期间的的班主任，对我工作和人生定位产生了很大的帮助和启发，黄老师严谨认真的治学态度也让我充满敬佩，在此向他表示衷心的感谢。郑伟副教授和曹源老师对于我的科研

4、工作和论文都提出了许多的宝贵意见，对我论文的撰写起到了决定性的作用，衷心的感谢他们对我无私的帮助和关心。在实验室工作及撰写论文期问，刑震、何浩洋、章珍珍等实验室的同学们对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的家人，他们在我情绪低落时，给于我关心和支持；在我遇到困难时，给与我鼓励和支持；在我面对失败时，他们给于我信心和勇气。感谢他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要摘要：磁悬浮列车是20世纪一种新型的交通工具，具有运行速度快，运量大，环境污染小等优点。磁悬浮技术利用电磁

5、感应原理，使得列车轮轨和轨道不直接接触，导致传统的轨道电路的通信方式失效，我国的上海磁悬浮车载和地面控制中心通信采用的是基于38G毫米波的无线方式，车地无线通信传输数据包含列车定位数据、速度曲线数据、控制数据、操作诊断数据等关键信息，关系到磁浮运行控制系统安全以及高效运行，必须严格保证车地通信系统数据传输性能。本文选择确定与随机petri网(DSPN，DeterministicandStochasticPetriNets)这一形式化方法，分别建立38G毫米波故障模型、车地通信链路信道模型及越区切换信道模型(包括单个车载无线

6、电和冗余车载无线电两种情况下的信道模型)。最终依据petri网模型的状态方程和关联矩阵，对仿真数据进行分析处理，分析和验证车地通信整体性能，也为通信协议的制定提供理论支撑。首先，论文选择车地无线通信介质一38G毫米波作为分析对象，综合各种随机故障(如链路中断、突发降质等)，建立故障模型，对38G毫米波的传输特性进行剖析，分析得出毫米波无故障概率及其故障延时特性⋯MTrR(平均修复时间，MeanTimetoRepair)，验证系统性能满足西门子制定的相关规范。其次，论文以车地通信的下行链路为例，根据磁浮测试项目的参考数据及相

7、关通信机制，建立下行链路数据传输模型。按照制定的车地通信协议，改变运行车辆数据、停车车辆数据及存车车辆数据组成的标准信息帧的长度，对系统数据传输可靠性，以及系统传输的延时响应时间特性进行评价，结果验证关于信息包长度及传输周期T的通信协议规范是合理的。再次，论文分两种情况对越区切换过程建立模型：第一种是单个车载无线电进行越区切换的情况；第二种是两个车载天线构成冗余结构进行越区切换。对比两种情况下，切换成功概率p1以及停车概率p2与列车速度v及相邻基站间距d的关系。论文结果验证系统传输性能，制定的协议中数据传输周期和信息帧规范

8、均是合理的，并为安全行车过程越区切换提供理论参考，对我国磁悬浮车地通信的规范制定及实际运营具有一定参考意义。关键词：高速磁浮；车地通信；38G毫米波；确定与随机petri网；DSPN建模分类号：U237ABSTRACTABSTRACT：Maglevisanewtypevehiclein20mcentur