基于交叉感應(yīng)電纜環(huán)線的車-地通信系統(tǒng)建模與仿真研究.pdf

1、隨著中國(guó)城市軌道交通快速發(fā)展，基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)在城市地鐵和輕軌的應(yīng)用越來(lái)越多，其在保證列車運(yùn)行的安全性與可靠性方面作用重大。交叉感應(yīng)電纜環(huán)線作為車-地通信系統(tǒng)一種重要的信息傳輸媒介，其與車載天線通過(guò)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)車-地雙向信息連續(xù)實(shí)時(shí)傳輸。基于交叉感應(yīng)電纜環(huán)線的車-地通信系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全與可靠的重要設(shè)備，信息傳輸?shù)姆€(wěn)定與否十分關(guān)鍵。論文分別在物理理論和電磁仿真軟件建模與仿真的基礎(chǔ)上，研究通信系統(tǒng)的性能，分析并優(yōu)化影響系

2、統(tǒng)性能的參數(shù)。
　　本文研究采用了“理論建模-軟件建模仿真-優(yōu)化研究分析”的思路。從實(shí)際和模型兩個(gè)方面對(duì)車-地通信系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，基于電磁場(chǎng)理論建模與軟件建模仿真相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)理論建模。車-地通信(Train-to-Wayside Communication，TWC)系統(tǒng)的通信原理是電磁感應(yīng)原理，根據(jù)電磁場(chǎng)理論，基于麥克斯韋方程組和波動(dòng)方程，建模推導(dǎo)車載接收天線與交叉感應(yīng)電纜環(huán)線之

3、間電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。由于交叉感應(yīng)電纜環(huán)線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)為時(shí)變電磁場(chǎng)，依據(jù)似穩(wěn)條件將時(shí)變電磁場(chǎng)等效為似穩(wěn)電磁場(chǎng)來(lái)求解。分析確定車載接收天線主要受一個(gè)交叉環(huán)的磁場(chǎng)分布影響，然后，推導(dǎo)計(jì)算得到一個(gè)電纜交叉環(huán)在空間產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，繼而推導(dǎo)出感應(yīng)電壓的計(jì)算公式。
　　(2)軟件建模仿真。首先，利用ANSYSMaxwell電磁仿真軟件分別建立上行鏈路通信系統(tǒng)和下行鏈路通信系統(tǒng)的仿真模型，經(jīng)過(guò)一系列建模和仿真步驟操作，得到了正確的仿真計(jì)算

4、結(jié)果，主要有磁場(chǎng)強(qiáng)度分布、磁感應(yīng)強(qiáng)度分布、磁鏈、感應(yīng)電壓等，通過(guò)詳細(xì)的分析和研究，說(shuō)明仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。然后，研究分析鋼軌、鋼筋網(wǎng)等金屬物對(duì)信號(hào)強(qiáng)度具有稍微減弱的影響作用。最后，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)際線路數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分別進(jìn)行頻譜分析，驗(yàn)證系統(tǒng)模型的正確性和適用性。
　　(3)優(yōu)化研究分析。優(yōu)化研究和分析車載接收天線和發(fā)射天線的尺寸、匝數(shù)、安裝高度等性能參數(shù)，分析天線橫向偏移對(duì)車-地通信信號(hào)強(qiáng)度的影響。經(jīng)過(guò)軟件仿真及后處理和MA