通讯科技在定位技术中的运用论文

2021-07-02 论文

　　1 引言

　　焦炉四大车的通信方式大多采用无线或感应无线的通信方式。在感应无线的通信方式中，编码电缆既作为位置检测使用，又作为数据通信使用。将编码电缆应用在移动机车的定位上是相当成功的，但将其应用在数据通信上，其缺点是明显的。首先感应无线通信的工作频率较低(100kHz左右)，容易受到电气干扰；其次其通信环路过长，设备复杂，稳定性较差，成本高。近年来，无线电通信技术飞速发展，已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式，其特点是硬件设备简单、通信速度快、通信误码率低。因此采用无线数据通信技术解决焦炉四大车的通信问题是未来的发展方向。

　　1.1通信技术

　　(1)扩频通信基本原理扩频通信，即扩展频谱通信(Spread SpectrumCommunication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。(2)扩频通信的理论基础扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。总之，我们用信息带宽的10 0倍，甚至10 0 0倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。

　　2 位置检测的基本原理

　　2.1编码电缆的结构

　　编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。芯线有两种，即基准线(R线)和地址线(G0线—G9线)。基准线R在整个电缆段中不交叉，地址线是按格雷码的编码规律来编制的，G0每隔2P交叉一次，G1每隔4P交叉一次，G2每隔8P交叉一次，以此类推，G9在整个电缆段中只交叉一次，P为依靠电缆本身能识别的最小长度。

　　2.2位置检测的基本原理

　　图1为编码电缆位置检测原理示意图。移动机车上安装一个天线箱(发射天线)，天线箱距离扁平电缆10 ~30 c m，天线箱发射的高频信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收，R线为平行敷设的一对线，接收到的信号作为基准信号，G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉点，其接收到的信号在经过偶数个交叉后，相位与基准信号相同，在经过奇数个交叉点后，相位与基准信号的相位相反，若规定同相位时地址为“0”，反相位时地址为“1”，则在编码电缆的某一位置得到唯一10位的地址编码，此对应与机车的一个地址。例如图中G0~G9的地址码为:001…1。位置检测单元将地址码转换成十进制的米数，即可检测出机车离编码电缆始端的距离，从而得到机车的位置。

　　3 感应无线定位和通信系统

　　数据通信受到变频调速器谐波干扰，变频器工作时，作为一个强大的干扰源，其干扰途径一般分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐射和边传导边辐射等，谐波的频率为几十千赫兹到几百千赫兹。主要途径如图2所示。从图2可以看出，变频器产生的辐射干扰对周围的无线电接收设备产生强烈的影响。下面介绍感应无线通信系统中数据通信和地址检测的模式，并说明变频调速器对感应无线通信干扰的原因。

　　3.1数据通信的模式

　　感应无线通信的工作频率为:地面站:79kHz，车载站:49k Hz，这个频率正好在变频调速器的谐波范围，于是产生了同频干扰。数据通信的流程如图3所示。由于地面站的数据是通过编码电缆发射的，而编码电缆是单线圈结构，发射效率较低，要保证车上的接收质量，必须提高车上接收的灵敏度，因此车上的接收天线是多线圈的，并配有信号放大器，因此灵敏度较高，在接收地面站信号时也很容易接收到变频器的谐波，造成同频干扰。车上接收到错误的数据后就不能往地面站回发数据，只能等待接收下一帧数据。若干扰仍存在，通信就中断了。为了消除变频调速器的谐波干扰，常采用如下两种方法。

　　(1)增加一个参数一样的接收线圈。采用放大器差分输入(减法器)的办法来消除干扰，但同时也把有用的信号差分掉了，为了防止有用信号被差分(相减)掉，这两个线圈必须保持一定的距离。这样它们接收到的干扰信号就不相等了，因此，用差分相减的办法不能完全消除变频调速器的谐波干扰。

　　(2)采用无线扩频通信技术。其工作频率2.4GHz，避开了变频调速器谐波干扰，是一种彻底解决变频调速器的谐波对数据通信干扰的办法。本系统采用的就是无线扩频通讯技术。

　　3.2地址检测模式

　　感应无线通信系统中，编码电缆既用作地址检测，又用作数据通信，因此地址检测和数据通信只能分时进行，地址检测建立在数据通信之上。即在一个通信同期内，有一段时间用于车上调制器发送载波，以便地面站检测地址，如图4所示。由于变频调速器的.干扰，车载站接收到错误的数据后不能回发数据，也就不能发送载波(用于地址检测)了，因此地址检测便不能实现。

　　3.3变频调速器的谐波对感应无线数据通信干扰

　　编码电缆既用作地址检测，又用作数据通信，通过编码电缆和车上天线箱的电磁感应实现车载站和地面站的数据交换。近年来，变频调速器在工业控制中得到了广泛的应用。但它工作时频率丰富的谐波对周围的设备带来了严重的干扰。其严重后果有:

　　(1)影响无线电设备的正常接受；

　　(2)影响周围机器设备的正常工作，使它们因接受错误的信号而产生错误动作。所以数据通信应采用抗干扰能力强，尤其是抗变频调速器谐波干扰的通信技术。

　　4 结束语

　　焦炉四大机车之间的数据通信采用无线扩频通信方式，有如下优点:

　　(1)抗干扰能力强，误码率低，提高了数据通信的质量；

　　(2)扩频通信设备所使用的芯片绝大部分是数字电路，设备集成度高，便于维护；

　　(3)工作在全球通用的、无需申请许可的2.4GHz的ISM波段上，波特率达19.2Kbps，既有效地避开了变频器等工业电器的干扰，又提高了通信的速度。因此，6#焦炉在四大机车定位技术中的应用是十分可靠的，具有很广泛的应用价值。