BTM智能檢測系統設計思路

劉 迪

(中國鐵路哈爾濱局集團有限公司，哈爾濱 150000)

應答器傳輸模塊（BTM）是CTCS-2/3級列控車載系統ATP設備的重要組成單元。BTM包括安裝在動車組車廂ATP機柜內的BTM主機、安裝在動車組頭車車底的BTM天線以及二者之間的通信電纜。BTM的主要功能是發送27.095 MHz的下行功率連續波，當列車經過地面應答器時，該功率波能激活應答器，作為應答器的工作能量，使應答器能夠將存儲在內部的行車報文信息通過4.2 MHz的上行FSK調制信號發射出去。BTM天線接收到地面應答器發送的上行FSK調制信號后，經過解調、解碼等處理，將行車報文信息解析完成后發送給ATP主機。BTM工作原理如圖1所示。

圖1 應答器傳輸系統原理Fig.1 Schematic diagram of BTM

1 BTM運用現狀

BTM故障可能會導致ATP無法接收到地面應答器的報文信息，從而導致停車或制動的情況。BTM故障主要分為顯性功能類故障和隱性性能類故障兩大類，功能類故障主要指BTM主機電源、解碼板、發射模塊、軟件等故障，該故障會造成應答器數據的連續丟失；性能類故障主要指BTM發射模塊、天線性能因器件性能下降或電磁干擾導致的工作不穩定，導致部分應答器數據丟失等隱性功能故障。

為確保行車秩序，各路局及科研單位一直致力于研究BTM故障的檢測及解決方法。通過近幾年的集中整治，BTM功能類故障已經取得了明顯整治效果。但BTM性能類故障受限于檢測手段缺乏、檢測條件困難，一直發展緩慢?；贐TM性能檢測在運用維護過程中迫切需要，研究一種用于BTM性能檢測的智能檢測系統，用于提供一種便利的BTM性能參數、變化趨勢檢測手段，并在檢測到BTM性能下降及時報警，為BTM的預防修和趨勢修提供數據依據。

2 BTM測試方法比選

目前針對BTM及天線的性能測試主要有專業實驗室、室內測試臺和庫內測試工裝測試3種。不同測試方法的測試重點、運用場景及優缺點不同，如表1所示。

從表1中分析可知，目前運用的BTM測試方法均不適合現場運用場景下的智能便利檢測、動車組BTM全覆蓋檢測、BTM主要性能參數檢測、大數據變化趨勢檢測等設備運用維護目標。因此，需要研究一種車-地配合的智能檢測方式，通過地面固定地點部署檢測設備，在動車組運行經過檢測設備時，實現BTM主要性能指標的自動檢測，檢測結果的自動傳輸、存儲、分析和趨勢分析。

表1 BTM測試方法比對Tab.1 Comparison of BTM testing methods

3 BTM測試項目選擇

目前BTM各項技術指標的設計要求，在《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）有明確規定；對應各項技術指標的測試要求，在《應答器傳輸系統測試規范》（TB/T 3544-2018）中要有詳細要求。通過對BTM各項技術指標的重要性及現場運用場景下檢測項目的可行性和便利性進行綜合研究對比分析，從BTM下行發射信號符合度及BTM對應答器上行信號接收靈敏度兩個方面進行檢測，具體包含下行鏈路發射信號中心頻率檢測，下行鏈路信號發射能量檢測，上行鏈路信號上頻偏檢測，下頻偏檢測及上行鏈路信號作用區的傳輸Iu1檢測項目等，能夠滿足現場運用當BTM設備異常時對檢測數據分析需求。

4 各項目測試原理

4.1 下行發射信號中心頻率檢測

4.1.1 技術標準

根據《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.2節 要求，BTM天 線射頻能量信號應為連續（CW）信號，磁場頻率為27.095 MHz±5 kHz。

4.1.2 測試方法

在道心設置參考環，當動車組運行通過時，接收車底BTM天線發出的下行發射信號，接入軌旁分析設備，對信號進行解調、分析后，得到下行信號的中心頻率。測試原理如圖2所示。

圖2 下行發射信號頻率檢測原理示意Fig.2 Schematic diagram of testing of downlink transmitting signal frequency

4.1.3 測試標準

若檢測到的下行信號中心頻率在27.095 MHz± 5 kHz范圍內，判定合格；若不在該范圍內，判定不合格。

4.2 下行發射信號能量檢測

4.2.1 技術標準

根據《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.2.1節要求，BTM天線單元產生磁場將能量傳送給地面應答器，使應答器能獲得足夠的能量并提供輸出信號，與發出磁場的天線單元形成作用范圍。

4.2.2 測試方法

在道心設置參考環，當動車組運行通過時，接收車底BTM天線發出的下行發射信號，接入軌旁分析設備，計算該信號的功率。

4.2.3 測試標準

下行信號的發射功率如果太小，可能會導致不能激活應答器；下行信號的發射功率如果太大，又可能導致激活相鄰應答器。因不同廠家的BTM天線發射功率是與BTM天線安裝高度與匹配性等因素相關，沒有唯一的標準，因此針對該項目的檢測，可采用一車一標定的方式。測試設備采集并記錄動車組每次通過檢測設備的發射功率，并自動將最近一段時間的測試結果通過加權平均方式，獲得該車端BTM天線的發射能量標準。當某次的檢測結果相較這一標準變化超過±20%時，可判定該BTM的發射能量有異常，需要拆下進一步詳細測試；反之，判定正常。

4.3 上行鏈路信號上、下頻偏解析檢測

4.3.1 技術標準

根據《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.1.1節求，BTM應能對應答器產生的上行鏈路信號進行解析，上行鏈路磁場產生的載波信號的中心頻率應為4.234 MHz±175 kHz。

4.3.2 測試方法

在道心分別設置兩個特殊測試應答器，其中一個測試應答器的上行鏈路載波信號的中心頻率設置為4.234 MHz+175 kHz；另一個測試應答器的上行鏈路載波信號的中心頻率設置為4.234 MHz-175 kHz。當動車組通過這兩個測試應答器時，ATP將接收到的應答器報文傳輸給車載DMS設備, 車載DMS設備將報文信息實時傳輸至地面服務器用于測試結果判定。測試原理如圖3所示。

圖3 上行鏈路信號上、下頻偏檢測原理Fig.3 Schematic diagram of testing of uplink signal frequency deviation

4.3.3 測試標準

若動車組通過該兩個測試應答器且BTM能正常解析該測試應答器的報文，則判定BTM對上行鏈路信號的解析功能正常；若BTM不能正確解析某個測試應答器的報文，則判定該車端BTM對該測試應答器的上行鏈路信號頻偏范圍不支持。需要對該BTM拆下并進一步詳細測試。

4.4 上行鏈路信號作用區的傳輸Iu1檢測

4.4.1 技術標準

根據《應答器傳輸系統技術條件》（TB/T 3485-2017）第6.1.1.5節要求，當BTM天線單元發出的磁通量在所定義的參考區域內超過￠d1，應答器應開始工作，應答器發出的磁場強度應高于環路電流Iu1標識的磁場強度。當輸入信號小于￠d1時，應答器的輸出應被認為是非指定的屬性。

4.4.2 測試方法

在道心設置特殊測試應答器，對該應答器的電氣參數進行調整、設置，使該應答器固定發出環路電流為Iu1的上行鏈路信號，即模擬一個上行傳輸信號能量最弱應答器。當動車組通過該測試應答器時，ATP將接收到的應答器報文傳輸給車載DMS設備，車載DMS設備將報文信息實時傳輸至地面服務器用于測試結果判定。

4.4.3 測試標準

若動車組通過該測試應答器且BTM能正常解析應答器的報文，則判定BTM對最弱應答器的解析功能正常，滿足最低靈敏度性能判斷標準；反之，則判定該車端BTM對最弱應答器的解析功能異常，即接收靈敏度不足。需要對該BTM拆下進一步詳細測試。

5 結束語

BTM的測試方法、測試項目、各項目的測試原理已經基本明確，還需結合技術實現方案、數據處理方法及現場施工條件等，進一步研究BTM智能檢測系統的設計實現方案，并結合現場實際驗證運用效果。