本發(fā)明涉及軌道交通無線通信系統(tǒng)用漏泄電纜監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種漏纜在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

軌道交通和客運(yùn)專線無線通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與鐵路運(yùn)輸組織及運(yùn)行安全密切相關(guān)。由于在隧道內(nèi)，無線電磁波的傳播受到限制，導(dǎo)致通信不暢，因此，無線通信系統(tǒng)使用漏泄電纜(以下簡稱漏纜)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，保證無線電磁波的傳播不受限制，以保證車地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>

在無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日常運(yùn)營維護(hù)中，漏泄電纜系統(tǒng)的性能對無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行有很重要的影響。無源器件的故障是整個(gè)射頻無線系統(tǒng)中的主要問題，接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器及直流阻隔器等出現(xiàn)問題的幾率占絕大部分，漏纜的折斷、變形及損壞，接口的松動(dòng)、進(jìn)水和霧腐蝕，天線的損壞及安裝過程中的部分不規(guī)范等均影響線路的質(zhì)量。隨著無線通信系統(tǒng)的運(yùn)行開通，由于設(shè)備質(zhì)量問題或工程安裝問題，部分漏纜所連接的接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器和直流阻隔器將開始進(jìn)入故障頻發(fā)期。

針對漏泄電纜系統(tǒng)出現(xiàn)的故障問題，目前的解決方案主要有離線式監(jiān)測、帶監(jiān)測功能的直放站、發(fā)射接收式監(jiān)測及被動(dòng)式在線監(jiān)測。離線式監(jiān)測是在故障出現(xiàn)后進(jìn)行測試，不能在線監(jiān)測，時(shí)效性差；帶監(jiān)測功能的直放站不具有定位功能，監(jiān)測到報(bào)警后需要重新測試；發(fā)射接收式監(jiān)測分為發(fā)射和接收，一套系統(tǒng)有兩個(gè)設(shè)備，對供電要求高，不能檢測單電源的短隧道和隧道兩端的漏纜，不具有通用性；被動(dòng)式監(jiān)測提取漏纜傳輸?shù)男盘枺崛⌒盘栯y度很大，且漏報(bào)率高。總的來說，目前常用的在線解決方案主要分為駐波比檢測和主從機(jī)監(jiān)測 兩大類，前者僅僅是進(jìn)行報(bào)警功能，不能定位，需專業(yè)技術(shù)人員處理故障，耗時(shí)而不便；后者是使用兩臺(tái)有源設(shè)備進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果受室外溫度影響較大，誤報(bào)率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種漏纜在線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)收宵c(diǎn)精確定位，監(jiān)測精度高，監(jiān)測范圍大，適用于各種長度及各種頻率的漏纜的監(jiān)測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種漏纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測單元、通信鏈路及網(wǎng)管，所述監(jiān)測單元經(jīng)通信鏈路與網(wǎng)管進(jìn)行信息交互，所述監(jiān)測單元采用監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)包括用于向漏纜發(fā)送射頻信號的射頻電路模塊、用于接收反射回來的射頻信號的信號接收模塊、用于根據(jù)反射回來的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置的信號處理模塊及環(huán)形器，射頻電路模塊的輸出端經(jīng)環(huán)形器連接漏纜的一端，漏纜的同一端連接信號接收模塊的輸入端，信號接收模塊還與信號處理模塊相連，信號處理模塊經(jīng)通信鏈路與網(wǎng)管相連；通信鏈路包括光電轉(zhuǎn)換模塊及電光轉(zhuǎn)換模塊，通信鏈路用于對監(jiān)測信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳輸；所述網(wǎng)管用于對監(jiān)測單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，并向監(jiān)測單元發(fā)送控制指令。

所述監(jiān)測主機(jī)還包括信號合路模塊，射頻電路模塊的輸出端通過環(huán)形器連接信號合路模塊的輸入端，信號合路模塊與漏纜的一端相連，信號合路模塊還經(jīng)環(huán)形器連接信號接收模塊的輸入端，所述射頻電路模塊還與信號處理模塊相連。

所述監(jiān)測單元還包括監(jiān)測跨接器和監(jiān)測匹配終端，監(jiān)測跨接器跨接在兩段漏纜之間，監(jiān)測匹配終端設(shè)置在漏纜尾端。

所述網(wǎng)管包括數(shù)據(jù)通信模塊、實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊、告警管理模塊、數(shù)據(jù)記錄模 塊、配置管理模塊、維護(hù)管理模塊及用戶管理模塊，數(shù)據(jù)通信模塊輸出的信號接入到實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊，實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊輸出的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中，用戶管理模塊、配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的信號也保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中，配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的配置信號和控制信號均傳輸給數(shù)據(jù)通信模塊，并下發(fā)至監(jiān)測單元。

還包括現(xiàn)場管理單元，監(jiān)測單元通過通信鏈路與現(xiàn)場管理單元進(jìn)行信息交互，現(xiàn)場管理單元的輸出端連接網(wǎng)管，現(xiàn)場管理單元用于將監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)匯總并上傳至網(wǎng)管，同時(shí)將網(wǎng)管下發(fā)的控制指令發(fā)送至監(jiān)測單元。

所述監(jiān)測單元有多臺(tái)，每個(gè)監(jiān)測單元均具有唯一的編號和IP，多臺(tái)監(jiān)測單元和現(xiàn)場管理單元之間采用星形連接；所述現(xiàn)場管理單元也有多臺(tái)，每個(gè)現(xiàn)場管理單元均具有唯一的編號，多臺(tái)現(xiàn)場管理單元及網(wǎng)管之間也采用星形連接。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明所述監(jiān)測單元的精度可調(diào)，且監(jiān)測精度可達(dá)厘米級別，監(jiān)測精度高；

(2)監(jiān)測單元所用的檢測信號與漏纜工作頻率不同，不影響漏纜的正常工作，且監(jiān)測單元具有定時(shí)輪詢檢測功能，方便用戶使用，同時(shí)能夠降低設(shè)備功耗，增加設(shè)備壽命；

(3)監(jiān)測單元可同時(shí)監(jiān)測多條漏纜，并且可以跨過直放站對不同段漏纜進(jìn)行監(jiān)測，可以減少監(jiān)測單元的個(gè)數(shù)，降低成本；

(4)采用專用網(wǎng)管系統(tǒng)，可以對漏纜故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析和顯示故障器件，為維修人間的檢修提供依據(jù)，同時(shí)，網(wǎng)管還具有數(shù)據(jù)保存和查詢功能，方便技術(shù)人員為漏纜的故障狀況進(jìn)行查看和分析，以制定完善的維修方案；

(5)本監(jiān)測系統(tǒng)既適用于漏纜的監(jiān)測，也適用于監(jiān)測天饋線系統(tǒng)，實(shí)用性 強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖；

圖2為本發(fā)明所述監(jiān)測主機(jī)的原理框圖；

圖3為本發(fā)明所述網(wǎng)管的原理框圖；

圖4為本發(fā)明的組網(wǎng)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述實(shí)施例一的數(shù)據(jù)傳輸鏈路圖；

圖6為本發(fā)明所述實(shí)施例二的數(shù)據(jù)傳輸鏈路圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

如圖1至圖5所示，本發(fā)明包括監(jiān)測單元、現(xiàn)場管理單元、通信鏈路及網(wǎng)管，監(jiān)測單元通過通信鏈路與現(xiàn)場管理單元進(jìn)行信息交互，現(xiàn)場管理單元還與網(wǎng)管相連，監(jiān)測單元用于產(chǎn)生掃頻信號輸入到漏纜中，并根據(jù)漏纜反射回的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置，并將故障信息傳輸給現(xiàn)場管理單元；現(xiàn)場管理單元用于將監(jiān)測單元監(jiān)測到的數(shù)據(jù)匯總并上傳至網(wǎng)管，同時(shí)將網(wǎng)管下發(fā)的控制指令發(fā)送至監(jiān)測單元；網(wǎng)管用于對現(xiàn)場管理單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，并根據(jù)監(jiān)測單元監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)出控制指令。

監(jiān)測單元包括監(jiān)測主機(jī)及監(jiān)測匹配終端，監(jiān)測主機(jī)包括射頻電路模塊、環(huán)形器、信號合路模塊、信號接收模塊及信號處理模塊，射頻電路模塊的輸出端通過環(huán)形器連接信號合路模塊的輸入端，信號合路模塊與漏纜相連，信號合路模塊還經(jīng)環(huán)形器連接信號接收模塊的輸入端，信號接收模塊的輸出端連接信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊還經(jīng)通信鏈路與現(xiàn)場管理單元相連，射頻線路模塊還與信號處理模塊相連。射頻電路模塊產(chǎn)生掃頻信號并發(fā)送至漏纜，信號 接收模塊接收漏纜反射回的射頻信號，信號處理模塊用于判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置，并將故障信息通過現(xiàn)場管理單元傳輸至網(wǎng)管，同時(shí)，網(wǎng)管下發(fā)的控制信號經(jīng)現(xiàn)場管理單元傳輸至監(jiān)測主機(jī)；環(huán)形器使信號單向環(huán)形傳輸，信號合路模塊用于將射頻電路反射的信號與直放站信號進(jìn)行合路；監(jiān)測匹配終端設(shè)置在漏纜的尾端，用于吸收漏纜尾端的射頻信號，防止信號反射而影響檢測結(jié)果。監(jiān)測主機(jī)和監(jiān)測匹配終端分別與直放站相連，直放站為無線傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)有裝置，不再贅述。

根據(jù)漏纜的特性，對于阻抗完美匹配的漏纜而言，發(fā)送到漏纜的信號具有完全傳輸零反射的特性，而實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)漏纜出現(xiàn)故障時(shí)，漏纜的阻抗不完全匹配，發(fā)送到漏纜的信號會(huì)反射到發(fā)送端，造成反射信號增強(qiáng)。本發(fā)明利用對反射信號的檢測來判斷故障點(diǎn)的距離和故障程度。

信號處理模塊對信號進(jìn)行處理時(shí)，為規(guī)避積分計(jì)算非常耗時(shí)的難點(diǎn)，本發(fā)明中采用頻域處理的方式進(jìn)行處理，在頻域中根據(jù)傅里葉變換的卷積原理計(jì)算，把輸入信號的傅里葉變換與被測漏纜的頻響特性進(jìn)行卷積，然后再對卷積結(jié)果進(jìn)行傅里葉逆變換，獲得時(shí)域信息后即可得到被監(jiān)測漏纜的駐波比信息，從而對漏纜進(jìn)行閾值判斷。時(shí)域中的積分用頻域中的卷積來描述，可以快速計(jì)算出階躍響應(yīng)特性。

本發(fā)明中監(jiān)測系統(tǒng)的檢測精度公式為：

式中：

A—檢測精度；

c—光速；

v_p—速度系數(shù)；

P—測量點(diǎn)數(shù)；

ΔF—掃描帶寬。

監(jiān)測系統(tǒng)的測量范圍Z為：

監(jiān)測單元對漏纜監(jiān)測時(shí)，通過接收返回的掃頻信號來對漏纜進(jìn)行檢測，所以監(jiān)測主機(jī)發(fā)射的掃頻信號在漏纜里作了一次往返，其動(dòng)態(tài)范圍與報(bào)警門限和被監(jiān)測漏纜長度的關(guān)系為：

式中：

D—被監(jiān)測漏纜的長度；

Z—可監(jiān)測的總長度，單位為米；

X—漏纜的百米損耗；

RL₀—駐波比故障門限所對應(yīng)的回波損耗值。

其中，回波損耗與駐波比的關(guān)系為：

式中：

VSWR—駐波比值。

信號處理模塊對信號進(jìn)行處理的過程有現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。

現(xiàn)場管理單元包括設(shè)備通道選擇模塊及控制軟件模塊，控制軟件模塊具有識別功能，通過對監(jiān)測單元和網(wǎng)管的IP信息進(jìn)行識別，可以使網(wǎng)管和監(jiān)測單元通過設(shè)備通道選擇模塊進(jìn)行通信。

在本實(shí)施例中，監(jiān)測單元設(shè)置在直放站機(jī)房內(nèi)，現(xiàn)場管理單元設(shè)置在基站機(jī)房內(nèi)。

通信鏈路包括光電轉(zhuǎn)換模塊和電光轉(zhuǎn)換模塊，監(jiān)測單元發(fā)送的信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為光信號后，經(jīng)光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，并通過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為電信號接入現(xiàn)場管理單元；現(xiàn)場管理單元發(fā)送的信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為電信號后，通過光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，并通過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為電信號接入監(jiān)測單元，使用光纜傳輸可以降低損耗，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

網(wǎng)管包括數(shù)據(jù)通信模塊、實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊、告警管理模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、配置管理模塊、維護(hù)管理模塊及用戶管理模塊。數(shù)據(jù)通信模塊輸出的信號接入到實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊，實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊和告警管理模塊輸出的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中，用戶管理模塊、配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的信號也保存在數(shù)據(jù)記錄模塊中，配置管理模塊及維護(hù)管理模塊輸出的配置信號和控制信號均傳輸給數(shù)據(jù)通信模塊，并下發(fā)至監(jiān)測單元。數(shù)據(jù)通信模塊用于完成所有監(jiān)測單元與網(wǎng)管之間的數(shù)據(jù)通信，定時(shí)將監(jiān)測單元所監(jiān)測的漏纜信息與網(wǎng)管進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，是網(wǎng)管與監(jiān)測單元交互的橋梁；實(shí)時(shí)狀態(tài)模塊用于完成所有監(jiān)測單元監(jiān)測的漏纜實(shí)時(shí)信息的記錄與導(dǎo)出，包括所監(jiān)測漏纜的位置信息、實(shí)施告警信息、漏纜長度、報(bào)警信息及用戶操作信息；告警管理模塊用于完成對告警信息的處理，包括告警后的聲音警示、告警信息確認(rèn)、告警漏纜鏈路的波形以及告警點(diǎn)對應(yīng)的故障器件等；數(shù)據(jù)記錄模塊是網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫，完成對報(bào)警信息、用戶操作信息等的記錄以及導(dǎo)出；配置管理模塊完成網(wǎng)管對監(jiān)測單元的初始化配置，包括監(jiān)測單元的編號、IP、端口號、公里標(biāo)信息、掃描起止頻率、掃描點(diǎn)數(shù)、時(shí)間同步信息以及所監(jiān)測漏纜的起止距離、百米損耗、相對傳輸系數(shù)等基本屬性；維護(hù)管理模塊用于完成對監(jiān)測網(wǎng)管的設(shè)置和維護(hù)，可以設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警門限值、定時(shí)輪詢監(jiān)測時(shí)間等；用戶管理模塊主要完成對不同用戶等級的權(quán)限劃分、用戶添加和基本信息修改、用戶統(tǒng)計(jì)等。

在本發(fā)明中，監(jiān)測單元有n個(gè)，n＝1,2,……，n-1，n，每個(gè)檢測單元均具有唯一的編號和IP，n個(gè)監(jiān)測單元和現(xiàn)場管理單元之間采用星形連接，即n個(gè)監(jiān)測單元均通過通信鏈路連接現(xiàn)場管理單元，現(xiàn)場管理單元有N個(gè)，N＝1，2，……，N-1，N，每個(gè)現(xiàn)場管理單元均具有唯一的編號，N臺(tái)現(xiàn)場管理單元及網(wǎng)管之間也采用星形連接，即N個(gè)現(xiàn)場管理單元均連接網(wǎng)管，將n*N個(gè)監(jiān)測單元所監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)管，可以在監(jiān)控室以及通信車間查看監(jiān)控狀態(tài)。

實(shí)施例二：

如圖1至圖4及圖6所示，監(jiān)測單元包括監(jiān)測主機(jī)、監(jiān)測跨接器及監(jiān)測匹配終端，監(jiān)測主機(jī)用于產(chǎn)生掃頻信號并將掃頻信號輸入到漏纜中，根據(jù)漏纜反射回的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點(diǎn)的位置，并將故障信息傳輸給現(xiàn)場管理單元；現(xiàn)場使用中，直放站兩端的漏纜是獨(dú)立的，監(jiān)測跨接器跨接在兩段漏纜之間，監(jiān)測跨接器可以減少監(jiān)測主機(jī)的數(shù)量，降低成本；監(jiān)測匹配終端設(shè)置在漏纜尾端，用于吸收漏纜尾端的射頻信號，防止信號反射而影響檢測結(jié)果。

實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別僅在于實(shí)施例二中包括漏纜跨接器，其他均與實(shí)施例一相同。

以GSM-R漏纜為例，避開漏纜的工作頻率，并且擇取能夠很好反應(yīng)出漏纜工作狀態(tài)的掃描頻率，精度誤差不大于5米，配置監(jiān)測主機(jī)掃描起始頻率780MHz、終止頻率820MHz、測量點(diǎn)數(shù)1033、監(jiān)測漏纜起始距離0米、監(jiān)測漏纜終止距離2000米、速度系數(shù)0.88、百米損耗2.20、三級告警門限分別為1.5、1.8、2.0。則檢測精度為：

測量范圍Z為：

根據(jù)所設(shè)置參數(shù)，告警門限值為1.5時(shí)，回波損耗值為：

則動(dòng)態(tài)范圍要求：

本次監(jiān)測漏纜長度為2000米，大于兩相鄰直放站之間漏纜長度，所以應(yīng)用方案可參考圖6，對直放站兩端的漏纜通過監(jiān)測跨接器進(jìn)行橋接，延長了被監(jiān)測漏纜的距離而不影響直放站與漏纜之間的連接方式。

本發(fā)明能夠?qū)收宵c(diǎn)精確定位，監(jiān)測精度高，監(jiān)測范圍大，適用于各種長度及各種頻率的漏纜的監(jiān)測，同時(shí)也適用于監(jiān)測天饋線系統(tǒng)，應(yīng)用范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)。

本方面具體應(yīng)用途徑很多，上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。