通訊科技在定位技術(shù)中的運(yùn)用論文
1 引言
焦?fàn)t四大車的通信方式大多采用無(wú)線或感應(yīng)無(wú)線的通信方式。在感應(yīng)無(wú)線的通信方式中，編碼電纜既作為位置檢測(cè)使用，又作為數(shù)據(jù)通信使用。將編碼電纜應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)車的定位上是相當(dāng)成功的，但將其應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信上，其缺點(diǎn)是明顯的。首先感應(yīng)無(wú)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(zhǎng)，設(shè)備復(fù)雜，穩(wěn)定性較差，成本高。近年來，無(wú)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(diǎn)是硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、通信速度快、通信誤碼率低。因此采用無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)解決焦?fàn)t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(kuò)頻通信基本原理擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信(Spread SpectrumCommunication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列:Spread Sequence)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。(2)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)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(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)�？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(hào)來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴(kuò)展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。
2 位置檢測(cè)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(hù)套構(gòu)成。芯線有兩種，即基準(zhǔn)線(R線)和地址線(G0線—G9線)�；鶞�(zhǔn)線R在整個(gè)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(gè)電纜段中只交叉一次，P為依靠電纜本身能識(shí)別的最小長(zhǎng)度。
2.2位置檢測(cè)的基本原理
圖1為編碼電纜位置檢測(cè)原理示意圖。移動(dòng)機(jī)車上安裝一個(gè)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(hào)通過電磁感應(yīng)被地面的編碼電纜接收，R線為平行敷設(shè)的一對(duì)線，接收到的信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉點(diǎn)，其接收到的信號(hào)在經(jīng)過偶數(shù)個(gè)交叉后，相位與基準(zhǔn)信號(hào)相同，在經(jīng)過奇數(shù)個(gè)交叉點(diǎn)后，相位與基準(zhǔn)信號(hào)的相位相反，若規(guī)定同相位時(shí)地址為“0”，反相位時(shí)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(duì)應(yīng)與機(jī)車的一個(gè)地址。例如圖中G0~G9的地址碼為:001…1。位置檢測(cè)單元將地址碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的米數(shù)，即可檢測(cè)出機(jī)車離編碼電纜始端的距離，從而得到機(jī)車的位置。
3 感應(yīng)無(wú)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(shí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)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(duì)周圍的無(wú)線電接收設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的'影響。下面介紹感應(yīng)無(wú)線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信和地址檢測(cè)的模式，并說明變頻調(diào)速器對(duì)感應(yīng)無(wú)線通信干擾的原因。
3.1數(shù)據(jù)通信的模式
感應(yīng)無(wú)線通信的工作頻率為:地面站:79kHz，車載站:49k Hz，這個(gè)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(hào)放大器，因此靈敏度較高，在接收地面站信號(hào)時(shí)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(cuò)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(gè)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(shí)也把有用的信號(hào)差分掉了，為了防止有用信號(hào)被差分(相減)掉，這兩個(gè)線圈必須保持一定的距離。這樣它們接收到的干擾信號(hào)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(wú)線擴(kuò)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(duì)數(shù)據(jù)通信干擾的辦法。本系統(tǒng)采用的就是無(wú)線擴(kuò)頻通訊技術(shù)。
3.2地址檢測(cè)模式
感應(yīng)無(wú)線通信系統(tǒng)中，編碼電纜既用作地址檢測(cè)，又用作數(shù)據(jù)通信，因此地址檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信只能分時(shí)進(jìn)行，地址檢測(cè)建立在數(shù)據(jù)通信之上。即在一個(gè)通信同期內(nèi)，有一段時(shí)間用于車上調(diào)制器發(fā)送載波，以便地面站檢測(cè)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(cuò)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(cè))了，因此地址檢測(cè)便不能實(shí)現(xiàn)。
3.3變頻調(diào)速器的諧波對(duì)感應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信干擾
編碼電纜既用作地址檢測(cè)，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(yīng)實(shí)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(yīng)用。但它工作時(shí)頻率豐富的諧波對(duì)周圍的設(shè)備帶來了嚴(yán)重的干擾。其嚴(yán)重后果有:
(1)影響無(wú)線電設(shè)備的正常接受；
(2)影響周圍機(jī)器設(shè)備的正常工作，使它們因接受錯(cuò)誤的信號(hào)而產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。所以數(shù)據(jù)通信應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)，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(yǔ)
焦?fàn)t四大機(jī)車之間的數(shù)據(jù)通信采用無(wú)線擴(kuò)頻通信方式，有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低，提高了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量；
(2)擴(kuò)頻通信設(shè)備所使用的芯片絕大部分是數(shù)字電路，設(shè)備集成度高，便于維護(hù)；
(3)工作在全球通用的、無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可的2.4GHz的ISM波段上，波特率達(dá)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?fàn)t在四大機(jī)車定位技術(shù)中的應(yīng)用是十分可靠的，具有很廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
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