通訊科技在定位技術(shù)中的運用論文
1 引言
焦爐四大車的通信方式大多采用無線或感應無線的通信方式。在感應無線的通信方式中，編碼電纜既作為位置檢測使用，又作為數(shù)據(jù)通信使用。將編碼電纜應用在移動機車的定位上是相當成功的，但將其應用在數(shù)據(jù)通信上，其缺點是明顯的。首先感應無線通信的工作頻率較低(100kHz左右)，容易受到電氣干擾；其次其通信環(huán)路過長，設備復雜，穩(wěn)定性較差，成本高。近年來，無線電通信技術(shù)飛速發(fā)展，已由過去的模擬方式發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字方式，其特點是硬件設備簡單、通信速度快、通信誤碼率低。因此采用無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)解決焦爐四大車的通信問題是未來的發(fā)展方向。
1.1通信技術(shù)
(1)擴頻通信基本原理擴頻通信，即擴展頻譜通信(Spread SpectrumCommunication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機編碼(擴頻序列:Spread Sequence)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復原始信息數(shù)據(jù)。(2)擴頻通信的理論基礎擴頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎�？傊�，我們用信息帶寬的10 0倍，甚至10 0 0倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。
2 位置檢測的基本原理
2.1編碼電纜的結(jié)構(gòu)
編碼電纜由電纜芯線、模芯和電纜護套構(gòu)成。芯線有兩種，即基準線(R線)和地址線(G0線—G9線)。基準線R在整個電纜段中不交叉，地址線是按格雷碼的編碼規(guī)律來編制的，G0每隔2P交叉一次，G1每隔4P交叉一次，G2每隔8P交叉一次，以此類推，G9在整個電纜段中只交叉一次，P為依靠電纜本身能識別的最小長度。
2.2位置檢測的基本原理
圖1為編碼電纜位置檢測原理示意圖。移動機車上安裝一個天線箱(發(fā)射天線)，天線箱距離扁平電纜10 ~30 c m，天線箱發(fā)射的高頻信號通過電磁感應被地面的編碼電纜接收，R線為平行敷設的一對線，接收到的信號作為基準信號，G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉點，其接收到的信號在經(jīng)過偶數(shù)個交叉后，相位與基準信號相同，在經(jīng)過奇數(shù)個交叉點后，相位與基準信號的相位相反，若規(guī)定同相位時地址為“0”，反相位時地址為“1”，則在編碼電纜的某一位置得到唯一10位的地址編碼，此對應與機車的一個地址。例如圖中G0~G9的地址碼為:001…1。位置檢測單元將地址碼轉(zhuǎn)換成十進制的米數(shù)，即可檢測出機車離編碼電纜始端的距離，從而得到機車的位置。
3 感應無線定位和通信系統(tǒng)
數(shù)據(jù)通信受到變頻調(diào)速器諧波干擾，變頻器工作時，作為一個強大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導、電磁耦合、二次輻射和邊傳導邊輻射等，諧波的頻率為幾十千赫茲到幾百千赫茲。主要途徑如圖2所示。從圖2可以看出，變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對周圍的無線電接收設備產(chǎn)生強烈的'影響。下面介紹感應無線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信和地址檢測的模式，并說明變頻調(diào)速器對感應無線通信干擾的原因。
3.1數(shù)據(jù)通信的模式
感應無線通信的工作頻率為:地面站:79kHz，車載站:49k Hz，這個頻率正好在變頻調(diào)速器的諧波范圍，于是產(chǎn)生了同頻干擾。數(shù)據(jù)通信的流程如圖3所示。由于地面站的數(shù)據(jù)是通過編碼電纜發(fā)射的，而編碼電纜是單線圈結(jié)構(gòu)，發(fā)射效率較低，要保證車上的接收質(zhì)量，必須提高車上接收的靈敏度，因此車上的接收天線是多線圈的，并配有信號放大器，因此靈敏度較高，在接收地面站信號時也很容易接收到變頻器的諧波，造成同頻干擾。車上接收到錯誤的數(shù)據(jù)后就不能往地面站回發(fā)數(shù)據(jù)，只能等待接收下一幀數(shù)據(jù)。若干擾仍存在，通信就中斷了。為了消除變頻調(diào)速器的諧波干擾，常采用如下兩種方法。
(1)增加一個參數(shù)一樣的接收線圈。采用放大器差分輸入(減法器)的辦法來消除干擾，但同時也把有用的信號差分掉了，為了防止有用信號被差分(相減)掉，這兩個線圈必須保持一定的距離。這樣它們接收到的干擾信號就不相等了，因此，用差分相減的辦法不能完全消除變頻調(diào)速器的諧波干擾。
(2)采用無線擴頻通信技術(shù)。其工作頻率2.4GHz，避開了變頻調(diào)速器諧波干擾，是一種徹底解決變頻調(diào)速器的諧波對數(shù)據(jù)通信干擾的辦法。本系統(tǒng)采用的就是無線擴頻通訊技術(shù)。
3.2地址檢測模式
感應無線通信系統(tǒng)中，編碼電纜既用作地址檢測，又用作數(shù)據(jù)通信，因此地址檢測和數(shù)據(jù)通信只能分時進行，地址檢測建立在數(shù)據(jù)通信之上。即在一個通信同期內(nèi)，有一段時間用于車上調(diào)制器發(fā)送載波，以便地面站檢測地址，如圖4所示。由于變頻調(diào)速器的干擾，車載站接收到錯誤的數(shù)據(jù)后不能回發(fā)數(shù)據(jù)，也就不能發(fā)送載波(用于地址檢測)了，因此地址檢測便不能實現(xiàn)。
3.3變頻調(diào)速器的諧波對感應無線數(shù)據(jù)通信干擾
編碼電纜既用作地址檢測，又用作數(shù)據(jù)通信，通過編碼電纜和車上天線箱的電磁感應實現(xiàn)車載站和地面站的數(shù)據(jù)交換。近年來，變頻調(diào)速器在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用。但它工作時頻率豐富的諧波對周圍的設備帶來了嚴重的干擾。其嚴重后果有:
(1)影響無線電設備的正常接受；
(2)影響周圍機器設備的正常工作，使它們因接受錯誤的信號而產(chǎn)生錯誤動作。所以數(shù)據(jù)通信應采用抗干擾能力強，尤其是抗變頻調(diào)速器諧波干擾的通信技術(shù)。
4 結(jié)束語
焦爐四大機車之間的數(shù)據(jù)通信采用無線擴頻通信方式，有如下優(yōu)點:
(1)抗干擾能力強，誤碼率低，提高了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量；
(2)擴頻通信設備所使用的芯片絕大部分是數(shù)字電路，設備集成度高，便于維護；
(3)工作在全球通用的、無需申請許可的2.4GHz的ISM波段上，波特率達19.2Kbps，既有效地避開了變頻器等工業(yè)電器的干擾，又提高了通信的速度。因此，6#焦爐在四大機車定位技術(shù)中的應用是十分可靠的，具有很廣泛的應用價值。
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