專利名稱：一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電信號、電磁輻射發(fā)射測量和干擾源定位技術領域，尤其涉及一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)。
背景技術：
隨著高速鐵路的發(fā)展，高速動車組設備的電磁兼容性成為直接影響其運營安全性的關鍵因素之一。近年來發(fā)生的很多重大事故表明，如果高速動車組的電磁兼容性能設計不良或未達到應有的標準，系統(tǒng)中的關鍵設備就可能會由于電磁干擾而導致故障，引發(fā)災難性的后果。
電氣電子設備的電磁福射發(fā)射測量是研究電氣電子系統(tǒng)、設備的干擾與抗干擾和電磁兼容性問題的主要技術手段之一，相關的實驗數(shù)據采集和綜合分析是進行研究必不可少的條件。電磁輻射場開放式地分布于能量所能傳輸?shù)降恼麄€空間，因此，在外場非理想環(huán)境中，被測物的輻射信號受到環(huán)境中所存在的其他信號的干擾。所以，目前電磁輻射發(fā)射測量方法要求測量過程必須在專用的電磁兼容測試場地中進行，如電波暗室或開闊場。但是，針對高速動車組車輛，無論從技術的角度還是從經濟投入的角度，建立與之匹配的電波暗室或開闊場并進行電磁輻射發(fā)射實驗都是不可行的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，能夠解決高速動車組車輛的電磁輻射發(fā)射實時測量。為了達到以上目的，一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，包括車載測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機對高速動車組車輛內部的電磁干擾進行實時統(tǒng)計參量測量，提取和分類不同特征的電磁干擾，通過模式識別定位車輛內部發(fā)出電磁干擾的源設備；地面測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機測量實時電磁輻射發(fā)射信號，利用盲信號識別將其中來自高速動車組之外的干擾信號濾除；車載車輛定位子系統(tǒng)利用GPS協(xié)同定位技術，獲取高速動車組車輛實時的位置和速度信息；車地無線傳輸子系統(tǒng)實現(xiàn)車載測量子系統(tǒng)與地面測量子系統(tǒng)之間的時間和空間同步。進一步，作為一種優(yōu)選，車載測量子系統(tǒng)至少包含一個多通道電磁輻射發(fā)射實時統(tǒng)計參量測量單元，一個電磁輻射發(fā)射干擾統(tǒng)計參量特征識別與提取單元，一個基于干擾特征數(shù)據庫的模式識別與干擾源定位單元，三個單元順序連接。進一步，作為一種優(yōu)選，多個多通道電磁輻射發(fā)射實時統(tǒng)計參量測量單元接收傳感器安裝于車輛的不同位置。進一步，作為一種優(yōu)選，地面測量子系統(tǒng)至少包含一個多通道電磁輻射發(fā)射實時測量接收機單元，一個基于盲信號識別技術的電磁輻射發(fā)射背景去噪單元，二個單元順序連接。進一步，作為一種優(yōu)選，地面測量子系統(tǒng)安裝于高速動車組運行軌道外至少30m，多個多通道電磁輻射發(fā)射實時測量接收機單元傳感器安裝位置之間距離至少10m。進一步，作為一種優(yōu)選，車載車輛定位子系統(tǒng)至少包含一個基于GPS技術的高速動車組車輛定位單元。進一步,作為一種優(yōu)選，GPS定位精度小于IOm,定位周期小于1ms。進一步，作為一種優(yōu)選，車地無線傳輸子系統(tǒng)至少包含一個自適應多普勒頻偏補償單元。進一步，作為一種優(yōu)選，車地無線傳輸子系統(tǒng)的發(fā)信機安裝于高速動車組車輛上，收信機安裝于地面測量系統(tǒng)中。
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進一步，作為一種優(yōu)選，車地無線傳輸子系統(tǒng)的信息傳輸速率大于IOkbps,信息傳輸時延小于1ms，信息傳輸距離大于10km，車載車輛定位子系統(tǒng)提供的精確時間、車輛位置和速度信息通過車地無線傳輸子系統(tǒng)傳送至地面測量子系統(tǒng)，車載測量子系統(tǒng)和地面測量子系統(tǒng)的測量數(shù)據結果在儀表圖形化顯示的同時標注車載車輛定位子系統(tǒng)提供的精確時間、車輛位置和速度信息。首先，本發(fā)明打破了在電磁兼容領域原有專用測試場地的理念，實現(xiàn)了在惡劣的現(xiàn)場電磁環(huán)境下的電磁輻射實驗，突破了原有的高速、移動、巨大型電氣系統(tǒng)的電磁輻射實驗限制，并且可以實現(xiàn)例如實時干擾源定位的額外功能。其次，本發(fā)明能夠靈活地在各種現(xiàn)場環(huán)境進行實驗，節(jié)省了大量的電磁兼容專用場地投資以及大面積的建設用地需求。以傳統(tǒng)10米法電波暗室為例，至少需要一個體積為33米長、21米寬、10米高的空間，四周需要是鋼板焊接或者拼裝成的六面體，暗室內部敷貼鐵氧體吸波材料或復合吸波材料，且需要極高施工技術，加之配套的儀器與設備，一般投資需伍仟萬人民幣左右，而這僅僅能夠滿足對于小型轎車車輛的輻射場實驗條件。如果建立更大型的電波暗室，不僅施工難度大幅增加，而且投資將成幾何級數(shù)增長。而本發(fā)明提供的方法不僅不需建設巨型的電波暗室等專用實驗場地，而且能夠根據系統(tǒng)的特殊性靈活調整整個裝置的結構以及參數(shù)，從而實現(xiàn)對不同特殊需求的設備與系統(tǒng)的輻射場實驗。第三，從目前的國內情況來看，由于我國工業(yè)整體水平落后，對電磁兼容性的重要性認識不足，導致某些電磁兼容標準不健全不完善，限制了我國電氣電子設備出口競爭能力。而國外對涉及安全的電氣系統(tǒng)的電磁兼容的檢測與評估極為嚴格，本發(fā)明能夠為我國汽車、機車車輛、航空航天等大型電氣系統(tǒng)設備的出口提供重要的實驗和評估依據，保證產品的市場準入和貿易對等。


當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定，其中圖I為本發(fā)明測量系統(tǒng)的實施例框圖；圖2為本發(fā)明車載測量子系統(tǒng)結構實施例的示意圖3為本發(fā)明地面測量子系統(tǒng)結構實施例的示意圖；圖4為本發(fā)明車載精確定位子系統(tǒng)結構實施例的示意圖；圖5為本發(fā)明車地無線傳輸子系統(tǒng)結構實施例的示意圖；圖6為本發(fā)明測量子系統(tǒng)時間空間同步方案實施例的示意圖。
具體實施例方式參照圖I至圖6對本發(fā)明的實施例進行說明。為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖I所示,一種針對高速動車組的電磁福射發(fā)射實時測量系統(tǒng),包括·車載測量子系統(tǒng)I :通過多通道測量接收機對高速動車組車輛內部的電磁干擾進行實時統(tǒng)計參量測量，提取和分類不同特征的電磁干擾，通過模式識別定位車輛內部發(fā)出電磁干擾的源設備；地面測量子系統(tǒng)2 :通過多通道測量接收機測量實時電磁輻射發(fā)射信號，利用盲信號識別將其中來自高速動車組之外的干擾信號濾除；車載車輛定位子系統(tǒng)3 :利用GPS協(xié)同定位技術，獲取高速動車組車輛實時的位置和速度信息；車地無線傳輸子系統(tǒng)4 :實現(xiàn)車載測量子系統(tǒng)I與地面測量子系統(tǒng)2之間的時間和空間同步。地面電磁輻射信號采集分析設備利用盲信號處理技術完成現(xiàn)場環(huán)境中高速移動體的電磁輻射信號采集和分析；車載設備完成車載電磁輻射源的定位和特性分析以及高速移動體的高精度測速定位，并將上述信息通過車地無線通信系統(tǒng)傳輸給地面設備；車地無線通信設備完成車載電磁輻射源信息的實時傳輸和測速定位信息的同步傳輸。車載設備依據電磁輻射干擾源的統(tǒng)計特性實現(xiàn)干擾源定位。車載測量子系統(tǒng)I的干擾定位預警模塊結構如圖2所示，其包含了移動體的電磁干擾特征數(shù)據庫、干擾定位模塊和預警模塊。其中，使用的統(tǒng)計參量主要有APD、CRD、和TOD。本發(fā)明對電磁噪聲等騷擾在測量接收機的包絡檢波輸出直接進行時域測量從而獲得各項統(tǒng)計參量。將統(tǒng)計參量的實時測量結果與特征數(shù)據庫中樣本信息進行比對和匹配，從而確定干擾源設備和位置。地面測量子系統(tǒng)2如圖3所示，兩個接收機通道(接收機I和接收機2，兩個接收機之間距離足夠遠，例如大于IOm)連線與被研究系統(tǒng)移動方向垂直，垂足位置為被研究系統(tǒng)的參考位置。地面電磁輻射信號實時采集分析設備輸出中頻采樣數(shù)據經盲信號處理(BSP)后送用戶控制端(UCC)并實時顯示(DISP)。高速動車組車載定位系統(tǒng)3如圖4所示，采用GPS/INS深組合方式實現(xiàn)高速移動系統(tǒng)自主定位，并將定位信息發(fā)送至地面測量子系統(tǒng)2的數(shù)據采集分析設備；地面數(shù)據采集分析設備自身存儲相應的位置信息，并利用GPS實現(xiàn)與車載定位系統(tǒng)的時間同步，進一步提高相對位置信息精度。車地無線傳輸子系統(tǒng)4如圖5所示，包括無線環(huán)境(頻譜)感知模塊、車載發(fā)射模塊和信號處理模塊等。其中，無線環(huán)境(頻譜)感知模塊的主要功能是對高速移動系統(tǒng)所在位置的電磁環(huán)境進行“感知”(Spectrum Sensing),檢測無線頻譜的占用情況、電磁干擾分布情況，進而動態(tài)選取最合適的工作頻段(工作頻率)來發(fā)送高速移動系統(tǒng)位置等信息到地面設備。信號處理模塊主要功能是根據頻譜感知的結果，分析高速移動系統(tǒng)所在的無線環(huán)境特性、找到最佳的系統(tǒng)參數(shù)(包括具體的發(fā)射頻率、發(fā)送時間、調制編碼方式等)。車載發(fā)射模塊主要功能是將基帶信號進行直接序列擴頻并調制到射頻，經功率放大、濾波后通過天線發(fā)射出去。地面接收模塊包括地面接收模塊和數(shù)據處理模塊。地面接收模塊將收到的射頻信號轉換為基帶信號，并進行解調、譯碼工作。數(shù)據處理模塊對恢復的數(shù)據進行進一步的處理。測量子系統(tǒng)時間空間同步方案如圖6所示，車載測量子系統(tǒng)I與地面測量子系統(tǒng)2分別接收GPS時間信息，車載車輛定位子系統(tǒng)3在發(fā)送高速移動系統(tǒng)當前位置狀態(tài)信息的同時將時間信息一并發(fā)送，地面測量子系統(tǒng)2利用自身接 收到的GPS時間信息與車載測量子系統(tǒng)I時間比對后輸出高速移動系統(tǒng)在對應位置的電磁檢測結果。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些具體實施方式
僅是舉例說明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的原理和實質的情況下，可以對上述方法和系統(tǒng)的細節(jié)進行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實質相同的方法執(zhí)行實質相同的功能以實現(xiàn)實質相同的結果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 車載測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機對高速動車組車輛內部的電磁干擾進行實時統(tǒng)計參量測量，提取和分類不同特征的電磁干擾，通過模式識別定位車輛內部發(fā)出電磁干擾的源設備； 地面測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機測量實時電磁輻射發(fā)射信號，利用盲信號識別將其中來自高速動車組之外的干擾信號濾除； 車載車輛定位子系統(tǒng)利用GPS協(xié)同定位技術，獲取高速動車組車輛實時的位置和速度ィ目息； 車地無線傳輸子系統(tǒng)實現(xiàn)車載測量子系統(tǒng)與地面測量子系統(tǒng)之間的時間和空間同
2.根據權利要求I所述的針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，其特征在干所述車載測量子系統(tǒng)至少包含一個多通道電磁輻射發(fā)射實時統(tǒng)計參量測量単元，ー個電磁輻射發(fā)射干擾統(tǒng)計參量特征識別與提取單元，一個基于干擾特征數(shù)據庫的模式識別與干擾源定位単元，三個單元順序連接。
3.根據權利要求2所述的針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，其特征在干所述多個多通道電磁輻射發(fā)射實時統(tǒng)計參量測量単元接收傳感器安裝于車輛的不同位置。
4.根據權利要求I所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于所述地面測量子系統(tǒng)至少包含一個多通道電磁輻射發(fā)射實時測量接收機單元，一個基于盲信號識別技術的電磁輻射發(fā)射背景去噪單元，ニ個單元順序連接。
5.根據權利要求4所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于所述地面測量子系統(tǒng)安裝于高速動車組運行軌道外至少30m，多個多通道電磁輻射發(fā)射實時測量接收機單元傳感器安裝位置之間距離至少10m。
6.根據權利要求I所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于，所述車載車輛定位子系統(tǒng)至少包含一個基于GPS技術的高速動車組車輛定位単元。
7.根據權利要求4所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于，所述GPS定位精度小于IOm,定位周期小于1ms。
8.根據權利要求I所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于，所述車地無線傳輸子系統(tǒng)至少包含一個自適應多普勒頻偏補償單元。
9.根據權利要求I所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于所述車地無線傳輸子系統(tǒng)的發(fā)信機安裝于高速動車組車輛上，收信機安裝于地面測量系統(tǒng)中。
10.根據權利要求9所述的外場有擾環(huán)境下的電磁輻射發(fā)射測量方法，其特征在于，所述車地無線傳輸子系統(tǒng)的信息傳輸速率大于IOkbps,信息傳輸時延小于Ims,信息傳輸距離大于10km。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種針對高速動車組的電磁輻射發(fā)射實時測量系統(tǒng)，涉及無線電信號、電磁輻射發(fā)射測量和干擾源定位技術領域。該系統(tǒng)包括車載測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機對高速動車組車輛內部的電磁干擾進行實時統(tǒng)計參量測量，提取和分類不同特征的電磁干擾，通過模式識別定位車輛內部發(fā)出電磁干擾的源設備；地面測量子系統(tǒng)通過多通道測量接收機測量實時電磁輻射發(fā)射信號，利用盲信號識別將其中來自高速動車組之外的干擾信號濾除；車載車輛定位子系統(tǒng)利用GPS協(xié)同定位技術，獲取高速動車組車輛實時的位置和速度信息；車地無線傳輸子系統(tǒng)實現(xiàn)車載測量子系統(tǒng)與地面測量子系統(tǒng)之間的時間和空間同步。
文檔編號G01R31/00GK102818954SQ20121028073
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權日2012年8月8日
發(fā)明者聞映紅, 朱云, 王鳳蘭 申請人:北京交通大學