探研鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控

付賓德

[中圖分類(lèi)號(hào)] U284

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2095-6487 （2021） 02-0108-02 Exploring the Centralized Monitoring of the Driving Power of the Railway Signal Laser

Fu Bin-de

[ Abstract] Focusing on the centralized monitoring of railway signals as the research object， using the laser drht'ing power supply as theresearch equipment， the centralized monitoring methods are explored and analyzed. The article discusses the laser driving power signal acquisitionmethod， and proposes the centralized monitoring optimization ideas through simulation experiments.， Verified the feasibility of the optimizedscheme， and reflected the superior performance ofthe centralized monitormg system ofthe signal laser drht'e power supply

[ Keywords] railway signal; laser dru'e power; centralized monitoring

隨著高速鐵路發(fā)展，鐵路信號(hào)設(shè)備由傳統(tǒng)人工監(jiān)控模式向智能監(jiān)控、人數(shù)據(jù)分析的方向發(fā)展，鐵路信號(hào)設(shè)備信息采集傳輸、分析判斷、指令下達(dá)、預(yù)防研判等均需精準(zhǔn)監(jiān)控、快速處置、安全穩(wěn)定，對(duì)信息的傳遞速度、采集頻率提出了更高要求。目前，智能化科技高速發(fā)展，激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控技術(shù)已在各領(lǐng)域普及應(yīng)用，可快速傳遞信息、提高信息采集頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)安全隱患的排查、處置、預(yù)防，在鐵路信號(hào)集中監(jiān)控領(lǐng)域有較人應(yīng)用空間。

1 研究背景

隨著與高速鐵路有關(guān)的一系列新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新產(chǎn)品的研究取得突破和發(fā)展，世界鐵路已進(jìn)入了一個(gè)高速鐵路人發(fā)展的新時(shí)期。高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)是保障高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全，提高鐵路運(yùn)輸效率的關(guān)鍵技術(shù)裝備，是高速鐵路的“中樞神經(jīng)”。高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，列車(chē)運(yùn)行控制、調(diào)度集中、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)網(wǎng)及傳輸?shù)刃盘?hào)系統(tǒng)，由傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)信息化，從而實(shí)現(xiàn)集中、智能管理，鐵路信號(hào)傳輸是否存在延遲直接影響調(diào)度集中監(jiān)控的質(zhì)量和結(jié)果。同時(shí)，集中監(jiān)控對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)同樣具有積極作用，可以方便維修人員確定故障信號(hào)源的位置。因此鐵路信號(hào)集中監(jiān)控的安全必須得到保障，在此背景下對(duì)鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 理論依據(jù)

2.1 鐵路信號(hào)激光驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控采集

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控通過(guò)傳感器設(shè)備完成數(shù)據(jù)信息采集工作，然后采用空間陣列分布式設(shè)計(jì)方法，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行空間建模，得到陣列信號(hào)采集結(jié)果，最后監(jiān)控激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控中的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，即可根據(jù)監(jiān)控到的激光驅(qū)動(dòng)電源脈沖信號(hào)，構(gòu)建均勻線空間陣列模型。鐵路信號(hào)激光驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控，可以按照空間陣列模型分成不同陣元，然后根據(jù)監(jiān)控到的特征信息做好信號(hào)調(diào)制，最后得到空間陣列模型中輸出的各個(gè)監(jiān)控陣元信號(hào)。

如果鐵路信號(hào)激光驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控頻率人于相對(duì)閾值，則可以采用射線檢測(cè)法進(jìn)行電脈沖檢測(cè)，即可從得到的頻譜特征中提取脈沖包絡(luò)幅值，最后通過(guò)波束形成器約束鐵路信號(hào)的輸出結(jié)果。鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)采集模型可以分為兩個(gè)部分，前半部分鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源在各個(gè)驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)測(cè)位置上可以進(jìn)行信號(hào)}監(jiān)測(cè)，然后使用傳感器提出監(jiān)控輸出的信號(hào)特征，最后經(jīng)過(guò)后半部分的微光信號(hào)波束進(jìn)行信號(hào)頻譜分析，得到鐵路信號(hào)電源的激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控結(jié)果，最后通過(guò)SSM解碼構(gòu)建鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控信號(hào)采集模型。因?yàn)殍F路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)的相鄰陣列具有關(guān)聯(lián)性，所以可以根據(jù)信號(hào)調(diào)制方法和監(jiān)控信號(hào)的特征量對(duì)鐵路信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅。

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)，需要進(jìn)行干擾抑制，而常用的方法為匹配濾波法，該方法需要先得到集中監(jiān)控輸出的信號(hào)信思，通過(guò)瞬時(shí)幅度和頻譜幅值的計(jì)算即可輸入集中監(jiān)控的參量形式，鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中峪控信號(hào)所得到的一切參量都是為了信號(hào)采集做準(zhǔn)備。

2.2 激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控信號(hào)調(diào)制和濾波

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控信號(hào)調(diào)制和濾波，先分析輸出的i監(jiān)控電流脈沖信號(hào)，再對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到監(jiān)控信號(hào)濾波模型，然后對(duì)鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控濾波參數(shù)進(jìn)行分解，可以得到濾波參數(shù)的時(shí)頻，再計(jì)算出其分解時(shí)頻和瞬時(shí)頻率，可以構(gòu)建出鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)的矩陣，信號(hào)矩陣是信號(hào)調(diào)制和濾波是基礎(chǔ)。

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)調(diào)制和濾波，還需要脈沖信號(hào)的平均測(cè)度參數(shù)，而該參數(shù)可以利用輸出信號(hào)的瞬時(shí)頻率進(jìn)行計(jì)算，然后再將瞬時(shí)頻率的特征參量代入到矩陣公式中，此時(shí)可以根據(jù)多階矩陣方程計(jì)算鐵路信號(hào)的瞬時(shí)頻譜產(chǎn)量。鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)濾波檢測(cè)，可以根據(jù)以上參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但是濾波檢測(cè)的前提是信號(hào)源峰度非零，當(dāng)信號(hào)源峰度為零時(shí)并不能使用濾波檢測(cè)法進(jìn)行處理，否則得到的濾波處理結(jié)果沒(méi)有實(shí)際意義。該方法能夠讓鐵路信號(hào)激光信號(hào)器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3 鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控優(yōu)化

3.1 空間信號(hào)源模型構(gòu)建

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控優(yōu)化首先需要對(duì)空間信號(hào)源模型進(jìn)行建模，控制信號(hào)輸出的延時(shí)值?？臻g信號(hào)源建模數(shù)據(jù)采集和濾波，是提高集中監(jiān)控效率的基礎(chǔ)，可以提高對(duì)信號(hào)源分布位置判斷的準(zhǔn)確性，是能夠保障鐵路安全運(yùn)行的智能化集中監(jiān)控系統(tǒng)。需要鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)的瞬時(shí)頻率值、空間陣列的非零特征值、特征向量空間等參數(shù)以及相關(guān)波束形成，可以使用傳感器采集激光器驅(qū)動(dòng)電源數(shù)據(jù)，并通過(guò)濾波可以過(guò)濾掉一些雜量數(shù)據(jù)。

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化必須改變?cè)械穆浜蟊O(jiān)控方法，而參量約束進(jìn)化監(jiān)控方法就是其中一種。該方法可以通過(guò)整合信號(hào)參量數(shù)據(jù)，運(yùn)用多個(gè)參量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，提高鐵路信號(hào)集中監(jiān)控的精度、降低信號(hào)延遲。鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控需要在準(zhǔn)備階段得到信號(hào)輸出頻譜、信號(hào)功率譜、功率譜密度特征、信號(hào)檢測(cè)的包絡(luò)幅值、基帶帶寬、空間信號(hào)源分布情況，根據(jù)鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控與各參量之間的關(guān)系，得到濾波檢測(cè)，信號(hào)源載頻輸出帶寬與鐵路信號(hào)密度結(jié)合，使用空間波束形成法，可得到鐵路信號(hào)的包絡(luò)幅值。包絡(luò)幅位與基帶帶寬、空間信號(hào)源分布情況、采樣間隔時(shí)間等參數(shù)相結(jié)合，可以檢測(cè)濾波信號(hào)。

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控，優(yōu)化運(yùn)用空間信號(hào)源模型構(gòu)建使用了相反檢測(cè)法，得到了鐵路信號(hào)的功率譜密度特征，該特征可以用于調(diào)制處理鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控的輸出值。

3.2 鐵路激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)和集中監(jiān)控輸出

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控信號(hào)使用濾波器可以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理，根據(jù)每一層的濾波信號(hào)所對(duì)應(yīng)的濾波輸入信號(hào)長(zhǎng)度是固定的關(guān)系，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)解后，得到信號(hào)的長(zhǎng)度調(diào)解值。根據(jù)信號(hào)的放電檢測(cè)結(jié)果，可以得到其自相關(guān)函數(shù)，然后將電源放電檢測(cè)的自相關(guān)函數(shù)與信號(hào)調(diào)解輸出信號(hào)結(jié)合，得到信號(hào)的脈沖檢測(cè)包絡(luò)幅值。包絡(luò)幅值能夠與激光器驅(qū)動(dòng)電源監(jiān)控的輸出信號(hào)重新排列組合，采用更具有優(yōu)勢(shì)的多元尺度方法得到集中監(jiān)控的短時(shí)能量的輸出結(jié)果。根據(jù)鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果可以確定電源監(jiān)控的閾值，輸出能量結(jié)果自動(dòng)匹配功率譜密度，這樣才能通過(guò)優(yōu)化集中監(jiān)控信號(hào)的功率譜密度對(duì)鐵路信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)，提高鐵路安全運(yùn)行的保障。

4 可行性研究試驗(yàn)

4.1 電路設(shè)計(jì)

鐵路信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控電路設(shè)計(jì)主要分為恒流驅(qū)動(dòng)電路和溫度拉制電路，其中恒流驅(qū)動(dòng)的電路需要采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、負(fù)反饋積分電路、限流電路和高精度采樣電阻，數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，反饋電路可以即時(shí)峪控激光器的驅(qū)動(dòng)電流，限流電路可以保持電壓輸出值與設(shè)定電流值相互對(duì)應(yīng)。溫度控制電路主要采用溫度控制芯片、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、反饋電壓、設(shè)定溫度電壓值和制冷片，溫度控制芯片內(nèi)部由基準(zhǔn)電壓源、脈沖寬度調(diào)制、場(chǎng)效應(yīng)管等設(shè)備構(gòu)成，外部溫度的變化會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫度對(duì)應(yīng)變化，直到電流達(dá)到設(shè)定值。

鐵路信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)電源集中峪控防護(hù)電路設(shè)計(jì)生要分為縱橫方向防護(hù)設(shè)計(jì)與傳輸線防雷設(shè)計(jì)兩個(gè)方面?？v橫方面防護(hù)設(shè)計(jì)中，橫向防護(hù)電路中激光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)設(shè)備需要在外線測(cè)與防雷保安器單元進(jìn)行橫向連接?？v向防護(hù)電路中激光驅(qū)動(dòng)器信號(hào)設(shè)備需要在外線側(cè)與防雷保安器單元進(jìn)行縱向鏈接，同時(shí)該原件還需要與接地_.集線連接。傳輸線防雷設(shè)計(jì)室外同樣則需要從縱橫兩個(gè)方向采用防雷電路設(shè)計(jì)，室內(nèi)則需要采用低電壓防雷電路設(shè)計(jì)。

4.2 仿真實(shí)驗(yàn)

信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中峪控的效果，可以通仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)需要檢測(cè)和提取集中監(jiān)控的輸出特征量，再根據(jù)特征量提取結(jié)果進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，最后根據(jù)蒙特卡歲仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)判斷設(shè)備運(yùn)行安全等情況的保障能力，從而設(shè)置環(huán)境和參數(shù)等信息提高信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中控制的性能。

實(shí)驗(yàn)中信號(hào)調(diào)制使用的是BPSK信號(hào)（二進(jìn)制相移鍵控）、信號(hào)調(diào)制頻率設(shè)置成12 kHz、原始信號(hào)頻率設(shè)置成25 kHz，原始監(jiān)控信號(hào)的信噪比為10 dB、快拍數(shù)為1200，蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)頻率為每采集一次信號(hào)進(jìn)行200次仿真！實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果提取出信號(hào)的功率譜密度特征值表示通過(guò)集中控制有效減少了干擾信號(hào)，信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控的誤碼率及其收斂控制效果表明無(wú)單頻干擾情況下誤碼率比較低。其中當(dāng)輸入信噪比發(fā)生變化時(shí)，集中監(jiān)控的誤碼率也會(huì)不斷變化，信噪比越高則誤碼率越低，信號(hào)傳輸延遲越低。因此信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中峪控通過(guò)自主檢測(cè)起到了優(yōu)化效果，對(duì)信號(hào)設(shè)備運(yùn)行安全來(lái)說(shuō)更有保障。

4.3 鐵路信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控優(yōu)點(diǎn)：

（1）鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控可以提升信號(hào)采集的準(zhǔn)確性、有效性，提高鐵路信號(hào)傳輸質(zhì)量。

（2）可視化效果得到提升。該系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的應(yīng)用更加深入，可視化效果能夠從二維甲而向三維空間畫(huà)而發(fā)展，工作人員可通過(guò)顯示屏更清晰地觀察到設(shè)備運(yùn)行情況，判斷有無(wú)異常。

（3）通信覆蓋盲區(qū)人幅減少。5鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控應(yīng)用前景

鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控對(duì)鐵路信號(hào)集中控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，未來(lái)鐵路信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)還會(huì)采用BIM技術(shù)、人數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等高新科技繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證鐵路信號(hào)集中}監(jiān)控的效果之外還需要提高鐵路調(diào)度系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水下。鐵路信號(hào)集中監(jiān)控會(huì)通過(guò)信號(hào)一體化下臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后聯(lián)鎖設(shè)計(jì)系統(tǒng)、列控設(shè)計(jì)系統(tǒng)、閉塞設(shè)計(jì)系統(tǒng)、列控?cái)?shù)據(jù)管理平臺(tái)、專(zhuān)線設(shè)計(jì)助手會(huì)相互結(jié)合，成為一個(gè)可視化效果極高的智慧化協(xié)同工作平臺(tái)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中監(jiān)控。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鐵路信號(hào)激光器驅(qū)動(dòng)電源集中l(wèi)監(jiān)控可以提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確性、有效性，保證鐵路信號(hào)傳輸質(zhì)量，能夠盡早發(fā)現(xiàn)故障，有效保證鐵路行車(chē)安全，在高速鐵路通信信號(hào)設(shè)備集中監(jiān)控領(lǐng)域有較人應(yīng)用發(fā)展空間，能夠促進(jìn)鐵路通信信號(hào)領(lǐng)域技術(shù)水平提升。

參考文獻(xiàn)

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