BTM智能检测系统设计思路

2022-03-03刘迪

铁路通信信号工程技术 2022年2期

刘迪

(中国铁路哈尔滨局集团有限公司，哈尔滨 150000)

应答器传输模块（BTM）是CTCS-2/3级列控车载系统ATP设备的重要组成单元。BTM包括安装在动车组车厢ATP机柜内的BTM主机、安装在动车组头车车底的BTM天线以及二者之间的通信电缆。BTM的主要功能是发送27.095 MHz的下行功率连续波，当列车经过地面应答器时，该功率波能激活应答器，作为应答器的工作能量，使应答器能够将存储在内部的行车报文信息通过4.2 MHz的上行FSK调制信号发射出去。BTM天线接收到地面应答器发送的上行FSK调制信号后，经过解调、解码等处理，将行车报文信息解析完成后发送给ATP主机。BTM工作原理如图1所示。

图1 应答器传输系统原理Fig.1 Schematic diagram of BTM

1 BTM运用现状

BTM故障可能会导致ATP无法接收到地面应答器的报文信息，从而导致停车或制动的情况。BTM故障主要分为显性功能类故障和隐性性能类故障两大类，功能类故障主要指BTM主机电源、解码板、发射模块、软件等故障，该故障会造成应答器数据的连续丢失；性能类故障主要指BTM发射模块、天线性能因器件性能下降或电磁干扰导致的工作不稳定，导致部分应答器数据丢失等隐性功能故障。

为确保行车秩序，各路局及科研单位一直致力于研究BTM故障的检测及解决方法。通过近几年的集中整治，BTM功能类故障已经取得了明显整治效果。但BTM性能类故障受限于检测手段缺乏、检测条件困难，一直发展缓慢。基于BTM性能检测在运用维护过程中迫切需要，研究一种用于BTM性能检测的智能检测系统，用于提供一种便利的BTM性能参数、变化趋势检测手段，并在检测到BTM性能下降及时报警，为BTM的预防修和趋势修提供数据依据。

2 BTM测试方法比选

目前针对BTM及天线的性能测试主要有专业实验室、室内测试台和库内测试工装测试3种。不同测试方法的测试重点、运用场景及优缺点不同，如表1所示。

从表1中分析可知，目前运用的BTM测试方法均不适合现场运用场景下的智能便利检测、动车组BTM全覆盖检测、BTM主要性能参数检测、大数据变化趋势检测等设备运用维护目标。因此，需要研究一种车-地配合的智能检测方式，通过地面固定地点部署检测设备，在动车组运行经过检测设备时，实现BTM主要性能指标的自动检测，检测结果的自动传输、存储、分析和趋势分析。

表1 BTM测试方法比对Tab.1 Comparison of BTM testing methods

3 BTM测试项目选择

目前BTM各项技术指标的设计要求，在《应答器传输系统技术条件》（TB/T 3485-2017）有明确规定；对应各项技术指标的测试要求，在《应答器传输系统测试规范》（TB/T 3544-2018）中要有详细要求。通过对BTM各项技术指标的重要性及现场运用场景下检测项目的可行性和便利性进行综合研究对比分析，从BTM下行发射信号符合度及BTM对应答器上行信号接收灵敏度两个方面进行检测，具体包含下行链路发射信号中心频率检测，下行链路信号发射能量检测，上行链路信号上频偏检测，下频偏检测及上行链路信号作用区的传输Iu1检测项目等，能够满足现场运用当BTM设备异常时对检测数据分析需求。

4 各项目测试原理

4.1 下行发射信号中心频率检测

4.1.1 技术标准

根据《应答器传输系统技术条件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.2节要求，BTM天线射频能量信号应为连续（CW）信号，磁场频率为27.095 MHz±5 kHz。

4.1.2 测试方法

在道心设置参考环，当动车组运行通过时，接收车底BTM天线发出的下行发射信号，接入轨旁分析设备，对信号进行解调、分析后，得到下行信号的中心频率。测试原理如图2所示。

图2 下行发射信号频率检测原理示意Fig.2 Schematic diagram of testing of downlink transmitting signal frequency

4.1.3 测试标准

若检测到的下行信号中心频率在27.095 MHz± 5 kHz范围内，判定合格；若不在该范围内，判定不合格。

4.2 下行发射信号能量检测

4.2.1 技术标准

根据《应答器传输系统技术条件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.1节要求，BTM天线单元产生磁场将能量传送给地面应答器，使应答器能获得足够的能量并提供输出信号，与发出磁场的天线单元形成作用范围。

4.2.2 测试方法

在道心设置参考环，当动车组运行通过时，接收车底BTM天线发出的下行发射信号，接入轨旁分析设备，计算该信号的功率。

4.2.3 测试标准

下行信号的发射功率如果太小，可能会导致不能激活应答器；下行信号的发射功率如果太大，又可能导致激活相邻应答器。因不同厂家的BTM天线发射功率是与BTM天线安装高度与匹配性等因素相关，没有唯一的标准，因此针对该项目的检测，可采用一车一标定的方式。测试设备采集并记录动车组每次通过检测设备的发射功率，并自动将最近一段时间的测试结果通过加权平均方式，获得该车端BTM天线的发射能量标准。当某次的检测结果相较这一标准变化超过±20%时，可判定该BTM的发射能量有异常，需要拆下进一步详细测试；反之，判定正常。

4.3 上行链路信号上、下频偏解析检测

4.3.1 技术标准

根据《应答器传输系统技术条件》（TB/T 3485-2017）第6.1.1.1节求，BTM应能对应答器产生的上行链路信号进行解析，上行链路磁场产生的载波信号的中心频率应为4.234 MHz±175 kHz。

4.3.2 测试方法

在道心分别设置两个特殊测试应答器，其中一个测试应答器的上行链路载波信号的中心频率设置为4.234 MHz+175 kHz；另一个测试应答器的上行链路载波信号的中心频率设置为4.234 MHz-175 kHz。当动车组通过这两个测试应答器时，ATP将接收到的应答器报文传输给车载DMS设备, 车载DMS设备将报文信息实时传输至地面服务器用于测试结果判定。测试原理如图3所示。