波导信息网基站主要负责接收和处理车载计算机的数据、发送主控计算机的数据、接收列车定位数据、处理数据采集卡采集的列车运行数据、提供MMI接口、接收MMI发送的列车控制信息并通过报文模块发送、提供TCP/IP通信接口、提供串口通信接口等。它是组成波导信息网络单元的最基本的部分,是和车载移动站进行车地通信的工作站。
波导信息网移动站(Waveguide Move Station,简称WMS)由车载计算机、车载无线电台、数据采集卡、车载ATP/ATO设备、接口电路以及信标接收天线和解码器窄缝探测接收器等组成。在列车两端的驾驶室各设一个波导信息网移动站。
车载计算机安装专用的数据采集卡、数据采集软件、操作系统、数据库,作为移动工作站。主要负责数据初始化、无线网络连接、获得位置信息、速度计算、控制区交接通信、与车站计算机交换信息、数据记录、数据处理、列车控制系统(窄缝探测接收器)接口等。
信号传输是通过ATS中心控制室、车站计算机、车载计算机、车载电台和列车上的定位天线发射和接收信号,轨旁单元通过同轴电缆与裂缝波导连接,以裂缝波导为载体双向传输列车实时信息。
波导信息网基站和轨旁ATP/ATO是有线连接,轨旁ATP/ATO之间通过光纤、尾纤、光配线架、光端机等形成区间链路。波导信息网基站和波导信息网移动站之间的无线网络执行IEEE802.11和IEEE802.3标准。操作系统可选用WindowsNT4.O、Linux、Windows2000等。
波导信息网使用无线扩频电台进行网络通信。跳频时间与时分复用周期建立同步关系。各控制区间的通讯网有一定的重叠覆盖区,保证列车运行至控制区分界处时,可以平滑过渡,在车站主控计算机上安装网络操作系统,系统根据每列列车的车载计算机的标识不同及其无线网卡配置的不同来识别每列列车。使用大型数据库软件(如Oracle,Sybase等),通过数据采集卡的数据采集软件,获取车载计算机发出的列车运行数据,对数据进行分析、计算、查询、统计、更新、存储等。车载、车站的控制软件对所其需数据通过波导信息网进行发送、下载和更新。
二、通信单元
系统中的通信单元由裂缝波导(用于辐射电磁波载波)、波导同轴变换器(用于向裂缝波导馈入射频载波信号)、同轴电缆、终端负载、波导信息网基站、轨旁ATP/ATO、区间链路与沿线设备共同组成的一个无线和有线相结合的通信网络。
系统中的通信单元是组成波导信息网络的基础,负责每个车站的信息管理,列车控制等,信息通过区间链路等通信网络和控制中心进行交换,以便控制中心对每列列车进行调度管理。每个通信单元和本地ATS、轨旁ATP/ATO、计算机联锁、轨道电路组成一个信号控制车站。站台信号设备如信号机、屏蔽门、紧急停车按钮由信号控制车站的联锁设备控制。信号控制车站主要负责:初始化网络配置、无线网络管理、数据记录、数据处理、跟踪列车、速度计算、提供操作员接口、
列车控制系统接口、车载计算机信息交换等。
三、微波裂缝波导
采用微波裂缝波导系统作为车一地双向数据传输的媒介。微波裂缝波导系统是波导信息网络的关键部分,它是具有较宽带宽的,可以同时传输数据、语音及视频信号的传输系统,用于车地双向连续数据传输及列车定位。裂缝波导是个中空的铝质矩形管,在其顶部等间隔开有窄缝。图5-6为裂缝波导管外形示意图。
使用这种结构的波导管可以实现在载频范围内的微波沿裂缝波导均匀辐射,在波导上方的适当位置接收器可以接收波导裂缝辐射的信号,接收器通过信号处理得到有用的数据,轨旁ATP/ATO——语音、视频:数据使用TDMA作为系统的通信组织管理方式。
TDMA就是所有用户使用同一射频带宽,按某种秩序分时发射的多址通信技术。波导信息网基站向每列列车给出同步信号,给每节列车预先分配好一个固定时隙,每列列车在各自的时隙内和波导信息网基站交换信息(具体的时隙划分需要根据扩频电台的技术指标确定,一般一个时隙大约10 ms),采用直接序列扩频和跳频来防止干扰。
图5-6裂缝波导管外形示意图
波导信息网基站使用同轴电缆与裂缝波导连接,通过裂缝波导与车载电台交换信息,列车与轨旁单元的信息交换在固定的时隙内完成。系统每秒多次对每辆列车的位置进行检测,利用时分多址(TDMA)方法,最多可同时控制30辆列车。交换的数据内容包括列车的车次号、当前相对位置、当前运行速度、运行时间、运行距离、到达时间、出清时间等,列车通过载ATP/ATO控制列车的运行并精确定位。
四、列车运行距离计算
列车的运行距离=波导裂缝间距×相对起始点开始检测到的裂缝数。根据位置信息及相应的运行时间计算出列车当前的速度,列车将速度信息和相对位置放入报文发给轨旁基站,再通过远程控制单元传输给控制中心。
五、列车定位
每列列车自身具有定位功能,确定自身的速度一目标距离曲线。列车通过车载传感器和读取轨旁信标的信息进行初始化、更新数据或精确停车。当列车通过时,使用安装在线路内的信标确定列车的绝对位置和运行方向,列车通过波导信息网向轨旁ATP发送其位置信息。由于采用的裂缝波导是在其顶部等间隔开有窄缝,因此,列车的绝对位置可以通过对裂缝波导缝隙的计数和信标对比得到。
六、移动闭塞区的防护
轨旁设备收集所有列车的位置信息,对每列列车进行管理,根据列车实时位置、速度和列车信息确定安全保护区段。轨旁设备为每个车载ATP提供一个后续列车不能进入当前列车“保护范围”的涉及故障一安全的限制位置。