通訊科技在定位技術中的運用論文

實用文時間：2021-08-31 手機版

　　1 引言

　　焦爐四大車的通信方式大多采用無線或感應無線的通信方式。在感應無線的通信方式中，編碼電纜既作為位置檢測使用，又作為數據通信使用。將編碼電纜應用在移動機車的定位上是相當成功的，但將其應用在數據通信上，其缺點是明顯的。首先感應無線通信的工作頻率較低(100kHz左右)，容易受到電氣干擾；其次其通信環路過長，設備復雜，穩定性較差，成本高。近年來，無線電通信技術飛速發展，已由過去的模擬方式發展到現在的數字方式，其特點是硬件設備簡單、通信速度快、通信誤碼率低。因此采用無線數據通信技術解決焦爐四大車的通信問題是未來的發展方向。

　　1.1通信技術

　　(1)擴頻通信基本原理擴頻通信，即擴展頻譜通信(Spread SpectrumCommunication)，它與光纖通信、衛星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信是將待傳送的信息數據被偽隨機編碼(擴頻序列:Spread Sequence)調制，實現頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復原始信息數據。(2)擴頻通信的理論基礎擴頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。總之，我們用信息帶寬的10 0倍，甚至10 0 0倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據。

　　2 位置檢測的基本原理

　　2.1編碼電纜的結構

　　編碼電纜由電纜芯線、模芯和電纜護套構成。芯線有兩種，即基準線(R線)和地址線(G0線—G9線)。基準線R在整個電纜段中不交叉，地址線是按格雷碼的編碼規律來編制的，G0每隔2P交叉一次，G1每隔4P交叉一次，G2每隔8P交叉一次，以此類推，G9在整個電纜段中只交叉一次，P為依靠電纜本身能識別的最小長度。

　　2.2位置檢測的基本原理

　　圖1為編碼電纜位置檢測原理示意圖。移動機車上安裝一個天線箱(發射天線)，天線箱距離扁平電纜10 ~30 c m，天線箱發射的高頻信號通過電磁感應被地面的編碼電纜接收，R線為平行敷設的一對線，接收到的'信號作為基準信號，G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉點，其接收到的信號在經過偶數個交叉后，相位與基準信號相同，在經過奇數個交叉點后，相位與基準信號的相位相反，若規定同相位時地址為“0”，反相位時地址為“1”，則在編碼電纜的某一位置得到唯一10位的地址編碼，此對應與機車的一個地址。例如圖中G0~G9的地址碼為:001…1。位置檢測單元將地址碼轉換成十進制的米數，即可檢測出機車離編碼電纜始端的距離，從而得到機車的位置。

　　3 感應無線定位和通信系統

　　數據通信受到變頻調速器諧波干擾，變頻器工作時，作為一個強大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導、電磁耦合、二次輻射和邊傳導邊輻射等，諧波的頻率為幾十千赫茲到幾百千赫茲。主要途徑如圖2所示。從圖2可以看出，變頻器產生的輻射干擾對周圍的無線電接收設備產生強烈的影響。下面介紹感應無線通信系統中數據通信和地址檢測的模式，并說明變頻調速器對感應無線通信干擾的原因。

　　3.1數據通信的模式

　　感應無線通信的工作頻率為:地面站:79kHz，車載站:49k Hz，這個頻率正好在變頻調速器的諧波范圍，于是產生了同頻干擾。數據通信的流程如圖3所示。由于地面站的數據是通過編碼電纜發射的，而編碼電纜是單線圈結構，發射效率較低，要保證車上的接收質量，必須提高車上接收的靈敏度，因此車上的接收天線是多線圈的，并配有信號放大器，因此靈敏度較高，在接收地面站信號時也很容易接收到變頻器的諧波，造成同頻干擾。車上接收到錯誤的數據后就不能往地面站回發數據，只能等待接收下一幀數據。若干擾仍存在，通信就中斷了。為了消除變頻調速器的諧波干擾，常采用如下兩種方法。

　　(1)增加一個參數一樣的接收線圈。采用放大器差分輸入(減法器)的辦法來消除干擾，但同時也把有用的信號差分掉了，為了防止有用信號被差分(相減)掉，這兩個線圈必須保持一定的距離。這樣它們接收到的干擾信號就不相等了，因此，用差分相減的辦法不能完全消除變頻調速器的諧波干擾。

　　(2)采用無線擴頻通信技術。其工作頻率2.4GHz，避開了變頻調速器諧波干擾，是一種徹底解決變頻調速器的諧波對數據通信干擾的辦法。本系統采用的就是無線擴頻通訊技術。

　　3.2地址檢測模式

　　感應無線通信系統中，編碼電纜既用作地址檢測，又用作數據通信，因此地址檢測和數據通信只能分時進行，地址檢測建立在數據通信之上。即在一個通信同期內，有一段時間用于車上調制器發送載波，以便地面站檢測地址，如圖4所示。由于變頻調速器的干擾，車載站接收到錯誤的數據后不能回發數據，也就不能發送載波(用于地址檢測)了，因此地址檢測便不能實現。

　　3.3變頻調速器的諧波對感應無線數據通信干擾

　　編碼電纜既用作地址檢測，又用作數據通信，通過編碼電纜和車上天線箱的電磁感應實現車載站和地面站的數據交換。近年來，變頻調速器在工業控制中得到了廣泛的應用。但它工作時頻率豐富的諧波對周圍的設備帶來了嚴重的干擾。其嚴重后果有:

　　(1)影響無線電設備的正常接受；

　　(2)影響周圍機器設備的正常工作，使它們因接受錯誤的信號而產生錯誤動作。所以數據通信應采用抗干擾能力強，尤其是抗變頻調速器諧波干擾的通信技術。

　　4 結束語

　　焦爐四大機車之間的數據通信采用無線擴頻通信方式，有如下優點:

　　(1)抗干擾能力強，誤碼率低，提高了數據通信的質量；

　　(2)擴頻通信設備所使用的芯片絕大部分是數字電路，設備集成度高，便于維護；

　　(3)工作在全球通用的、無需申請許可的2.4GHz的ISM波段上，波特率達19.2Kbps，既有效地避開了變頻器等工業電器的干擾，又提高了通信的速度。因此，6#焦爐在四大機車定位技術中的應用是十分可靠的，具有很廣泛的應用價值。

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