一种动车组辐射骚扰源近场定位系统及方法

1.本发明属于轨道交通技术领域，特别是涉及一种动车组辐射骚扰源近场定位系统及方法。


背景技术：

2.动车组列车作为我国铁路运输系统的重要组成部分，凭借较快的时速成为铁路客运的中坚力量，但较快的时速也导致动车组内的牵引电流不断提升，相较于过分相时带来的大量高频骚扰影响列车天线通信，牵引设备由于牵引电流不断升高带来的牵引骚扰则大多为低于30mhz低频信号，相较于高频信号，产生的低频干扰信号往往会对动车组列车的ctcs通信系统产生严重的影响。
3.其中，最典型的就是列车的通信设备btm，btm通过发送27mhz的下行链路信号激活安装在铁路上的地面应答器，应答器别激活后，通过4.23mhz的上行链路信号将行车线路等相关信息发送至btm内，并由btm设备解调、解码，将数据发送至atp内，辅助列车的正常运行。
4.除去牵引设备外，线路串扰、铁轨回流也会产生低频骚扰，这些低频骚扰会对btm设备的通信造成严重的影响，为了能够及时发现这些低频骚扰。就需要一套系统及其配套的定位方法来实现动车组辐射骚扰源的快速定位，同时为电磁防护提供数据支持。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何快速、准确地实现动车组辐射骚扰源的快速定位，提供一种动车组辐射骚扰源近场定位系统及方法。
6.本发明是这样实现的，一种动车组辐射骚扰源近场定位系统，该定位系统包括：电场探头、磁场探头、前置放大器以及便携式辐射分析仪，其中，
7.所述电场探头为柔性同轴电缆制作，剥去部分屏蔽层，通过裸漏的导体与外屏蔽层形成等效电容，感应电场的变化并产生相应的感应电流；
8.所述磁场探头为柔性同轴电缆制作，将电缆弯曲形成环状结构，同时在磁场探头的顶端对于磁场电缆的屏蔽层进行切断；
9.前置放大器包括低输入阻抗放大器和高输入阻抗放大器，其中高阻抗增益放大器用于拓展电场探头的低频特性，安装在电场探头输出端，低阻抗增益放大器用于拓展磁场探头的低频特性，安装在磁场探头输出端；
10.便携式辐射分析仪采集前置放大器的输出信号，并对采集信号进行实时的fft/dft频谱分析，结合电磁场探头找出辐射骚扰源，完成辐射骚扰源的定位。
11.进一步地，所述电场探头通过裸漏的导体的长度改变尺寸以及分辨率；所述磁场探头根据电缆的横截面面积的大小改变尺寸以及分辨率。
12.进一步地，所述便携式辐射分析仪将电场探头或磁场探头测量的数据离散傅里叶变换或者快速离散傅里叶变换得到采集电压信号的频域曲线，找出电压信号频域的最大
点，该点则对应所测物品的最强电场点或最强磁场点。
13.一种使用定位系统进行辐射骚扰源近场定位系统的定位方法，该方法包括如下的步骤：
14.低频近场探头的校准，所述低频近场探头包括电场探头和磁场探头，得到低频近场探头500khz-30mhz的天线系数因子af；
15.选用大尺寸的电场探头捕获和确定骚扰源的大致区域，然后使用小尺寸的电场探头，来确定骚扰源的准确位置，找到被测装备的电场辐射强度最大区域；
16.选用大尺寸的磁场探头捕获和确定骚扰源的大致区域，然后使用小尺寸的磁场探头，来确定骚扰源的准确位置，利用磁场探头找到被测装备的磁场强度最大区域；
17.其中，利用便携式辐射分析仪过将电场探头和磁场探头测量的数据离散傅里叶变换或者快速离散傅里叶变换得到每点的电压信号的频域关系，随着测量范围的移动形成采集电压信号的频域曲线，根据频域曲线找出电压信号频域的最大点，该点则对应所测物品的最强电场点或最强磁场点。
18.进一步地，所述天线系数因子af满足在目标频率范围500khz-30mhz内，随着测试频率的上升，得到的天线系数因子基本呈现平坦型变化，af基本保持不变，其中，v为电压，e为电磁场强度。
19.进一步地，所述便携式辐射分析仪利用校验得到的天线系数因子计算得到该最强电场点或最强磁场点对应的真实的电场值或磁场值。
20.进一步地，在进行探测时，电场探头和磁场探头贴合被测设备表面进行探测。本发明与现有技术相比，优点在于：
21.本发明不仅能够实现动车组辐射干扰源的准确定位，同时整套系统放弃了传统的频谱分析仪等设备，使得系统体积大大减小，能够探测以往传统定位设备不便探测的设备缝隙等盲点，实现列车辐射骚扰源的全面排查，快速、准确地实现动车组辐射骚扰源的快速定位。
附图说明
22.图1是本发明实施例提供的系统结构框图；
23.图2是本发明实施例提供的磁场探头的结构示意图；
24.图3是本发明实施例提供的电场探头的结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.参见图1所示，本发明提供一种动车组辐射骚扰源近场定位系统，该测试系统包括：电场探头1、磁场探头2、前置放大器3、便携式辐射分析仪4。
27.电场探头为柔性同轴电缆制作，剥去部分屏蔽层，通过裸漏的导体与外屏蔽层形成等效电容，感应电场的变化并产生相应的感应电流；
28.所述磁场探头为柔性同轴电缆制作，将电缆弯曲形成环状结构，同时在磁场探头的顶端对于磁场电缆的屏蔽层进行切断；
29.前置放大器包括低输入阻抗放大器和高输入阻抗放大器，其中高阻抗增益放大器用于拓展电场探头的低频特性，安装在电场探头输出端，低阻抗增益放大器用于拓展磁场探头的低频特性，安装在磁场探头输出端；
30.便携式辐射分析仪采集前置放大器的输出信号，并对采集信号进行实时的fft/dft频谱分析，结合电磁场探头找出辐射骚扰源，完成辐射骚扰源的定位。
31.参见图3所示，电场探头包括柔性同轴电缆制作，电场探头的同轴电缆11外层为绝缘层14，剥去部分屏蔽12，通过裸漏的导体13与外屏蔽层形成等效电容，感应电场的变化并产生相应的感应电流，
32.本实施例中的电缆选择的型号为rg-58同轴电缆。剥去部分屏蔽层，通过裸漏的导体与外屏蔽层形成等效电容，感应电场的变化并产生相应的感应电流。
33.本实施例中，对于电场探头来说，
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其中c的大小与外露的导体长度有关，长度越长，c越大，也就意味着该电场探头的灵敏度越大(因为固定的ez，c越大，i越大，越容易发现异常)，同时灵敏度与分辨率成反比，灵敏度越高，分辨率越低，所以电场探头尺寸越小，c越小，灵敏度越小，但分辨率越大。本实施例中，大尺寸以及小尺寸指的是大尺寸裸露的导体的长度至少大约2倍的小尺寸的裸露的导体的长度。
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参见图2所示，磁场探头同样为柔性同轴电缆制作，采用柔性的同轴电缆21制作，外层为橡胶绝缘层22，将同轴电缆弯曲形成环状结构，同时在磁场探头的顶端对于磁场电缆的屏蔽层进行切断，形成裸露弧形段23，本实施例中为了选材方便，选用电缆型号为rg-58，与电场探头材质相同。将电缆弯曲形成环状结构，同时在探头的顶端对于电缆的屏蔽层进行了切断，保证了探头能够屏蔽电场带来的影响。
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为了方便准确地找到磁场信号骚扰源，本实施例中设计多组不同尺寸的磁场探头，探头环状直径从1cm至30cm，满足系统定位方法的需要。磁场探头
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其中s为环面积，s越大，v越大，此时，磁场探头的灵敏度高，但是分辨率低。本实施例中，大尺寸至少比小尺寸的环状直径大二倍以上。
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本实施例中的前置放大器共分为两种，分别是低输入阻抗放大器以及高输入阻抗放大器，其中高阻抗增益放大器为同相比例放大电路，采用opa656芯片实现电路设计。低阻抗增益放大器为互阻抗放大电路，采用ad8015芯片实现电路设计，通过前置放大器的设计，有效降低了近场探头的截止频率，同时提升了探头的灵敏度，保证了低频信号的精准探测。
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便携式辐射分析仪采集放大器的低频输出信号，并对采集信号进行实时的fft/dft频谱分析，结合电磁场探头找出辐射骚扰源，完成辐射骚扰源的定位。
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给出使用此系统进行探测定位测试的测试方法：
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低频近场探头的校准，所述低频近场探头包括电场探头和磁场探头，得到低频近
场探头500khz-30mhz的天线系数因子af；
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选用大尺寸的电场探头捕获和确定骚扰源的大致区域，然后使用小尺寸的电场探头，来确定骚扰源的准确位置，找到被测装备的电场辐射强度最大区域；
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选用大尺寸的磁场探头捕获和确定骚扰源的大致区域，然后使用小尺寸的磁场探头，来确定骚扰源的准确位置，利用磁场探头找到被测装备的磁场强度最大区域；
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其中，利用便携式辐射分析仪过将电场探头和磁场探头测量的数据离散傅里叶变换或者快速离散傅里叶变换得到每点的电压信号的频域关系，随着测量范围的移动形成采集电压信号的频域曲线，根据频域曲线找出电压信号频域的最大点，该点则对应所测物品的最强电场点或最强磁场点。
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其中，进行低频近场探头的校准；参考电磁兼容标准，通过50ω微带线测试得到低频近场探头500khz-30mhz的天线系数因子af，确定所得电压v与电磁场强度e(h)的对应关系，
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要求在目标频率范围500khz-30mhz内，随着测试频率的上升，得到的天线系数因子基本呈现平坦型变化，af基本保持不变。基本满足在目标频率内，测试探头输入电磁场强度与输出电压之间的线性变化，保证后续测试的结果准确性与可靠性。
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进行实际探测时，先选用尺寸较大、灵敏度较高的近场探头来执行emi测试，捕获和确定骚扰源的大致区域，然后使用尺寸较小但分辨率较高的探头来确定骚扰源的准确位置。为了降低探测效果受到距离的影响，在进行探测时，要求探头贴合被测设备表面进行探测。
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其中，利用便携式辐射分析仪进行实时数据分析包括：通过dft(离散傅里叶变换)或者fft(快速离散傅里叶变换)得到采集电压信号的频域曲线，找出电压信号频域的最大点。该点则对应所测物品的最强电场点(磁场点)。同时，可以通过之前校验得到的天线系数因子计算得到该点真实的电场(磁场)值。
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以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。