应答器原理分析与探索.doc

高速铁路应答器原理分析与探索
提到应答器，好多人或许不知道它是什么，其实应答器是一种用于地面向列车信息传输的点式设备，分为固定（无源）应答器和可变（有源）应答器。主要用途是向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。也就是说应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。
应答器共分为两种，及无源应答器（组）和有源应答器。
无源应答器：用于发送固定不变的数据，用于提供线路固定参数，如线路坡度、线路允许速度、轨道电路参数、链接信息、列控等级切换等。
有源应答器：传输可变信息。必须通过专用的应答器电缆与LEU设备连接，可以根据LEU设备所发送的报文，变化的向列车传送应答器报文信息。与LEU（地面电子单元）连接，用于发送来自于LEU的报文，在既有线提速区段，有源应答器设置在车站进站端和出站段，主要发送进路信息和临时限速信息。
其实无论有源应答器，还是无源应答器，它们的工作原理及目的都是一样的，它们的工作原理是当列车经过地面应答器上方时，应答器接收到列控车载设备点式信息接收天线发送的电磁能量后，应答器 将能量转换为工作电源，启动电子电路工作，把预先存储或LEU传送的1023为应答器传输报文循环发送出去，直至电能消失。 而它们的工作目的就是为了向通过列车传送信息。
应答器向列车传送的信息大概如下：（1）线路基本参数：如线路坡度、轨道区段等参数；
　　（2）线路速度信息：如线路最大允许速度、列车最大允许速度等；
　　（3）临时限速信息：当由于施工等原因引起的对列车运行速度进行限制时，向列车提供临时限速信息；
　　（4）车站进路信息：根据车站接发车进路，向列车提供“线路坡度”、“线路速度”、“轨道区段”、等参数；
　　（5）道岔信息：给出前方道岔侧向允许列车运行的速度；
　　（6）特殊定位信息：如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等；
　　（7）其他信息：固定固定障碍物信息、列车运行目标数据、链接数据等。
每个应答器（组）都有一个编号，并且该编号在全国铁路范围是唯一的。
　　无源应答器（也称固定应答器）设于闭塞分区入口和车站进、出站端处，用于向列控车载设备传输闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息。有源应答器（也称可变应答器）设置于车站进、出站端，当列车通过应答器时，应答器向列车提供接车进路参数、临时限速等信息。
应答器设备可以简单地理解为一个数据存储器和发送器，当车载天线激活该应答器时，应答器发送自身存储的应答器报文或地面电子单元（LEU）传送的应答器报文。

该图就是应答器的安装示意图，应答器置于铁轨中，向通过的火车传递信息。
客运专线列控系统两相邻的应答器之间的最小安装间隔限制研究
在客运专线列控系统CTCS2及CTCS3级的应用中，以应答器方式做为地-车之间信息传输的基本方式之一。在每个信息点处设置一组应答器，每组应答器内由数量不等的沿铁路线路布置的应答器构成。
理论上，两个相邻的应答器可首尾相连安装，但前提是应答器的发送、接收天线与车载天线的场分布仅有主波瓣且主波瓣不得发散；场的上升沿与下降沿应是陡峭的，不允许存在倾斜。这两项要求在实际情况下均是无法实现的。因此，不可能将两相邻的应答器首尾相连安装，应有一定的间隔。
对两相邻的应答器之间最小间隔的影响因素
受天线制作工艺的制约，每个天线除了希望的主波瓣以外，不可避免的伴生着旁瓣；在开放的空间内，天线的主波瓣亦无法做到不发散。当两个相邻安装的应答器之间的间隔小于车载天线与应答器天线的旁瓣作用之和时，车载设备同时收到两个应答器发送的信号，使车载设备无法识别。
天线作为一个感性元件，场的建立与消失不可能是瞬时发生的。是随着时间的推移而逐渐建立与消失的。列车以高速运行于两个应答器之间，车载天线在两个应答器天线之间存在着相对运动，车载天线脱离前一个应答器天线场的作用范围但其产生的电磁场并未完全消失，下一个应答器已经接收到车载天线发送的功率微波而被激活，车载设备仍然可能同时收到两个应答器发送的信号。
应答器是实现地-车信息传输的组成部分之一，车载设备通过安装在列车底部的车载天线向地面发送功率微波，当列车经过应答器时，应答器通过自身的天线接收该功率微波并以此为能量开始工作，向列车发送数据。当车载天线与应答器天线相同时，它所具有的电磁场分布与应答器是相同的。为保证车载设备不同时收到两个应答器发送的信号，一方面应保证功率微波的电磁场不同时覆盖两个应答器，即车载设备不同时激活两个应答器；另一方面，亦应保证车载天线的电磁场分布不同时与两个应答器天线的场分布发生重叠。上述最小间隔存在的前提是电磁场的升、降沿是陡峭的。天线作为感性元件，电磁场的建立与消失不可能在瞬间完成而具有一定的延时；应答器作为实际存在的设备，其工作状态的改变是具有一定的“临界”值的。在这些因素的综合影响下，使信息传输过程中承受着较大的交叉干扰的风险。如果前一个应答器与后一个应答器的磁通均处于临界状态，那么此时，列车将同时收到两个应答器的信息或同时激活两个应答器。这是不允许的。而在前一个应答器的磁通下降到临界值时，开始激活后一个应答器。由于磁通的下降速度远高于上升速度，故前后应答器达到临界磁通具有一定的时间间隔，由此可以消除两应答器之间的相互影响。由于前一个应答器的磁通尚未降到零，在存在应答器参数离散的情况下，仍然存在着同时激活两个应答器的可能。所以该情况也应避免。在前一个应答器的磁通下降到零时，开始激活后一个应答器。从理论上避免了两个应答器同时向车载设备传输信息的可能性。而在实际布置时还应考虑距离误差的影响，其影响程度还直接与列车速度有关。
基本的UHF RFID应答器由整流器、调制器、解调器以及处理逻辑电平协议和存储功能的数字电路组成。即如下图所示：

Dickson电荷泵是UHF RFID整流器电路的一种可选结构，下图是Dickson电荷泵的工作原理图。

天线/RFID芯片连接的简单等效电路可用电抗与电阻并联来表示。
         在UHF RFID芯片设计中，天线端的等效阻抗可用电抗与电阻并联来表示

下图是标签存储器，它分为四个不同的组，每一个都包含0或者更多的存储字

这个是标签存储器，它分为四个不同的组，每一个都包含0或者更多的存储字
1．包含取消和读取密码的保留存储器。
 2．包含有一个CRC-16、协议控制(PC)位的EPC存储器，以及标签连接或将连接的用来标识物体的电子产品码(EPC)。
 3．TID存储器包含有一个8-b ISO/IEC 15963分配类标识，用于询问器惟一标识常规命令和/或标签支持的可选功能。
 4．允许用户定义数据存储的用户存储器。存储器结构由用户定义。应答器中的存储器单元很重要。为实现标签的读/写，必须要有EEPROM和闪存等非易失性存储器。采特殊工艺的EEPROM或闪存的可用性，也将限制它们在读/写标签中的应用。如果需要EEPROM和闪存，就必须采用双层多晶硅工艺。
小结：应答器是铁路交通安全的保障，一旦出现问题，便很有可能出现大事故，所以应答器的稳定性很重要，而且其日常维护也很只要，上次参观校实验室，通过咨询那些学长，我也学到了不少知识，也了解到了其中存在的问题，但我相信，随着科技的发展，应答器将越来越稳定，或许将有更好的设备来代替它。

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