高速铁路应答器天线电磁传输性能的优化研究

摘要

应答器是基于电磁耦合机理工作的车-地信息传输设备。近年来中国高铁和城市轨道交通迅速发展，列车的运行速度日益提高，在实际运营过程中却出现了应答器的“丢点”现象，一定程度上影响了列车的运行效率，也存在一定的安全隐患。为了提高车载设备可靠接收应答器报文的能力，本文提出了一种优化应答器天线尺寸的方法，研究了应答器安装角度偏差对其传输性能的影响，从而优化应答器系统的电磁传输性能。论文的主要研究工作如下:
　　(1)利用电磁场仿真软件建立应答器系统的电磁场模型，结合理论计算验证模型的正确性。从应答器系统的理论模型出发，建立了应答器倾斜、俯仰和侧转时的射频能量接收和上行链路发送理论模型。深入分析了应答器“A”接口的传输过程，得出了在射频能量辐射模式、最强最弱应答器及BTM接收门限的限制下，确定应答器有效作用距离的方法。
　　(2)利用应答器系统电磁场模型仿真分析，确定了综合评价应答器天线电磁传输性能的三项指标，即激活距离或作用距离、必要接收范围内的接收总能量以及应答器横向偏移时的接收总能量。建立BP神经网络，利用均匀设计选择样本数据进行神经网络训练，得到应答器天线尺寸与电磁传输性能之间的非线性映射关系。结合粒子群算法的非线性寻优能力，最终确定了射频能量接收天线和上行链路发送天线在不同周长下的最优长宽比。
　　(3)确定了射频能量场和上行链路场一致性评估方法，利用应答器角度偏差理论模型分别对应答器倾斜、俯仰和侧转时的射频能量场和上行链路场的一致性进行评估，得到了满足一致性要求的应答器允许安装角度偏差范围。通过理论计算建立应答器“A”接口传输过程，计算出应答器的有效作用距离，得出应答器角度偏差对其有效作用距离的影响。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 选题意义

1．4 研究内容与章节安排

2 应答器“A”接口传输性能分析

2．1 应答器“A”接口传输过程

2．2 射频能量场和上行链路场的一致性

2．3 本章小结

3 应答器系统建模与验证

3．1 应答器系统电磁场模型

3．2 应答器系统理论模型

3．3 模型验证

3．4 应答器角度偏差理论模型

3．4．1 应答器倾斜

3．4．2 应答器俯仰

3．4．3 应答器侧转

3．5 本章小结

4 应答器天线尺寸优化及结果分析

4．1 确定优化指标与优化方法

4．2 神经网络的建立

4．2．1 神经网络结构

4．2．2 神经网络参数设置

4．3 神经网络的初始权值阈值优化

4．4 结合神经网络的粒子群优化算法

4．5 应答器天线尺寸优化及结果分析

4．5．1 样本选择与处理

4．5．2 射频能量接收天线尺寸优化

4．5．3 上行链路发送天线尺寸优化

4．6 本章小结

5 应答器安装角度偏差的影响分析

5．1 角度偏差对场的一致性的影响分析

5．1．1 射频能量场的一致性评估方法

5．1．2 上行链路场的一致性评估方法

5．1．3 角度偏差的影响分析

5．2 角度偏差对有效作用距离的影响分析

5．2．1 有效作用距离计算方法

5．2．2 角度偏差的影响分析

5．3 本章小结

6 结论

6．1 研究结论

6．2 工作展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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