付賓德

[中圖分類號] U284

[文獻標志碼]A

[文章編號]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，鐵路信號設(shè)備信息采集傳輸、分析判斷、指令下達、預防研判等均需精準監(jiān)控、快速處置、安全穩(wěn)定，對信息的傳遞速度、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，從而實現(xiàn)對鐵路信號安全隱患的排查、處置、預防，在鐵路信號集中監(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，世界鐵路已進入了一個高速鐵路人發(fā)展的新時期。高速鐵路信號系統(tǒng)是保障高速動車組運行安全，提高鐵路運輸效率的關(guān)鍵技術(shù)裝備，是高速鐵路的“中樞神經(jīng)”。高速鐵路信號系統(tǒng)中，列車運行控制、調(diào)度集中、計算機聯(lián)鎖、信號集中監(jiān)測、數(shù)據(jù)網(wǎng)及傳輸?shù)刃盘栂到y(tǒng)，由傳統(tǒng)的模擬信號處理技術(shù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)信息化，從而實現(xiàn)集中、智能管理，鐵路信號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，集中監(jiān)控對鐵路信號設(shè)備的保養(yǎng)和維護同樣具有積極作用，可以方便維修人員確定故障信號源的位置。因此鐵路信號集中監(jiān)控的安全必須得到保障，在此背景下對鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控系統(tǒng)進行研究。

2 理論依據(jù)

2.1 鐵路信號激光驅(qū)動電源監(jiān)控采集

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控通過傳感器設(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)計方法，對信號源進行空間建模，得到陣列信號采集結(jié)果，最后監(jiān)控激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控中的信號檢測系統(tǒng)，即可根據(jù)監(jiān)控到的激光驅(qū)動電源脈沖信號，構(gòu)建均勻線空間陣列模型。鐵路信號激光驅(qū)動電源集中監(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調(diào)制，最后得到空間陣列模型中輸出的各個監(jiān)控陣元信號。

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

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

2.2 激光器驅(qū)動電源監(jiān)控信號調(diào)制和濾波

鐵路信號激光器驅(qū)動電源監(jiān)控信號調(diào)制和濾波，先分析輸出的i監(jiān)控電流脈沖信號，再對脈沖信號進行調(diào)節(jié)，得到監(jiān)控信號濾波模型，然后對鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控濾波參數(shù)進行分解，可以得到濾波參數(shù)的時頻，再計算出其分解時頻和瞬時頻率，可以構(gòu)建出鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控信號的矩陣，信號矩陣是信號調(diào)制和濾波是基礎(chǔ)。

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控信號調(diào)制和濾波，還需要脈沖信號的平均測度參數(shù)，而該參數(shù)可以利用輸出信號的瞬時頻率進行計算，然后再將瞬時頻率的特征參量代入到矩陣公式中，此時可以根據(jù)多階矩陣方程計算鐵路信號的瞬時頻譜產(chǎn)量。鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控信號濾波檢測，可以根據(jù)以上參數(shù)進行計算，但是濾波檢測的前提是信號源峰度非零，當信號源峰度為零時并不能使用濾波檢測法進行處理，否則得到的濾波處理結(jié)果沒有實際意義。該方法能夠讓鐵路信號激光信號器驅(qū)動電源集中監(jiān)控結(jié)果更加準確。

3 鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控優(yōu)化

3.1 空間信號源模型構(gòu)建

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控優(yōu)化首先需要對空間信號源模型進行建模，控制信號輸出的延時值?？臻g信號源建模數(shù)據(jù)采集和濾波，是提高集中監(jiān)控效率的基礎(chǔ)，可以提高對信號源分布位置判斷的準確性，是能夠保障鐵路安全運行的智能化集中監(jiān)控系統(tǒng)。需要鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控信號的瞬時頻率值、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)動電源數(shù)據(jù)，并通過濾波可以過濾掉一些雜量數(shù)據(jù)。

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化必須改變原有的落后監(jiān)控方法，而參量約束進化監(jiān)控方法就是其中一種。該方法可以通過整合信號參量數(shù)據(jù)，運用多個參量數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，提高鐵路信號集中監(jiān)控的精度、降低信號延遲。鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控需要在準備階段得到信號輸出頻譜、信號功率譜、功率譜密度特征、信號檢測的包絡(luò)幅值、基帶帶寬、空間信號源分布情況，根據(jù)鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控與各參量之間的關(guān)系，得到濾波檢測，信號源載頻輸出帶寬與鐵路信號密度結(jié)合，使用空間波束形成法，可得到鐵路信號的包絡(luò)幅值。包絡(luò)幅位與基帶帶寬、空間信號源分布情況、采樣間隔時間等參數(shù)相結(jié)合，可以檢測濾波信號。

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

3.2 鐵路激光器驅(qū)動電源監(jiān)控信號的自動檢測和集中監(jiān)控輸出

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控信號使用濾波器可以對輸出信號進行濾波處理，根據(jù)每一層的濾波信號所對應(yīng)的濾波輸入信號長度是固定的關(guān)系，經(jīng)過信號調(diào)解后，得到信號的長度調(diào)解值。根據(jù)信號的放電檢測結(jié)果，可以得到其自相關(guān)函數(shù)，然后將電源放電檢測的自相關(guān)函數(shù)與信號調(diào)解輸出信號結(jié)合，得到信號的脈沖檢測包絡(luò)幅值。包絡(luò)幅值能夠與激光器驅(qū)動電源監(jiān)控的輸出信號重新排列組合，采用更具有優(yōu)勢的多元尺度方法得到集中監(jiān)控的短時能量的輸出結(jié)果。根據(jù)鐵路信號激光器驅(qū)動電源信號自動檢測結(jié)果可以確定電源監(jiān)控的閾值，輸出能量結(jié)果自動匹配功率譜密度，這樣才能通過優(yōu)化集中監(jiān)控信號的功率譜密度對鐵路信號集中監(jiān)控系統(tǒng)，提高鐵路安全運行的保障。

4 可行性研究試驗

4.1 電路設(shè)計

鐵路信號的激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控電路設(shè)計主要分為恒流驅(qū)動電路和溫度拉制電路，其中恒流驅(qū)動的電路需要采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、負反饋積分電路、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轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，反饋電路可以即時峪控激光器的驅(qū)動電流，限流電路可以保持電壓輸出值與設(shè)定電流值相互對應(yīng)。溫度控制電路主要采用溫度控制芯片、負溫度系數(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)部由基準電壓源、脈沖寬度調(diào)制、場效應(yīng)管等設(shè)備構(gòu)成，外部溫度的變化會導致內(nèi)部溫度對應(yīng)變化，直到電流達到設(shè)定值。

鐵路信號的激光器驅(qū)動電源集中峪控防護電路設(shè)計生要分為縱橫方向防護設(shè)計與傳輸線防雷設(shè)計兩個方面。縱橫方面防護設(shè)計中，橫向防護電路中激光驅(qū)動器信號設(shè)備需要在外線測與防雷保安器單元進行橫向連接?？v向防護電路中激光驅(qū)動器信號設(shè)備需要在外線側(cè)與防雷保安器單元進行縱向鏈接，同時該原件還需要與接地_.集線連接。傳輸線防雷設(shè)計室外同樣則需要從縱橫兩個方向采用防雷電路設(shè)計，室內(nèi)則需要采用低電壓防雷電路設(shè)計。

4.2 仿真實驗

信號激光器驅(qū)動電源集中峪控的效果，可以通仿真實驗進行驗證。仿真實驗需要檢測和提取集中監(jiān)控的輸出特征量，再根據(jù)特征量提取結(jié)果進行信號調(diào)制，最后根據(jù)蒙特卡歲仿真實驗對信號集中監(jiān)控系統(tǒng)判斷設(shè)備運行安全等情況的保障能力，從而設(shè)置環(huán)境和參數(shù)等信息提高信號激光器驅(qū)動電源集中控制的性能。

實驗中信號調(diào)制使用的是BPSK信號（二進制相移鍵控）、信號調(diào)制頻率設(shè)置成12 kHz、原始信號頻率設(shè)置成25 kHz，原始監(jiān)控信號的信噪比為10 dB、快拍數(shù)為1200，蒙特卡羅實驗頻率為每采集一次信號進行200次仿真！實驗。仿真實驗結(jié)果提取出信號的功率譜密度特征值表示通過集中控制有效減少了干擾信號，信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控的誤碼率及其收斂控制效果表明無單頻干擾情況下誤碼率比較低。其中當輸入信噪比發(fā)生變化時，集中監(jiān)控的誤碼率也會不斷變化，信噪比越高則誤碼率越低，信號傳輸延遲越低。因此信號激光器驅(qū)動電源集中峪控通過自主檢測起到了優(yōu)化效果，對信號設(shè)備運行安全來說更有保障。

4.3 鐵路信號的激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控優(yōu)點：

（1）鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控可以提升信號采集的準確性、有效性，提高鐵路信號傳輸質(zhì)量。

（2）可視化效果得到提升。該系統(tǒng)對互聯(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而發(fā)展，工作人員可通過顯示屏更清晰地觀察到設(shè)備運行情況，判斷有無異常。

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

鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控對鐵路信號集中控制系統(tǒng)來說至關(guān)重要，未來鐵路信號監(jiān)控系統(tǒng)還會采用BIM技術(shù)、人數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計算技術(shù)等高新科技繼續(xù)進行優(yōu)化，在保證鐵路信號集中}監(jiān)控的效果之外還需要提高鐵路調(diào)度系統(tǒng)的智能化和自動化水下。鐵路信號集中監(jiān)控會通過信號一體化下臺來實現(xiàn)，最后聯(lián)鎖設(shè)計系統(tǒng)、列控設(shè)計系統(tǒng)、閉塞設(shè)計系統(tǒng)、列控數(shù)據(jù)管理平臺、專線設(shè)計助手會相互結(jié)合，成為一個可視化效果極高的智慧化協(xié)同工作平臺，據(jù)此可以實現(xiàn)對鐵路信號激光器驅(qū)動電源集中監(jiān)控。

6 結(jié)束語

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

參考文獻

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