一种冗余架构的BTM的制作方法

2021-02-04 12:02:15|

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本发明涉及铁路行业列车控制领域，具体涉及一种双套热备的应答器传输模块，提高单点故障情况下应答器信息传递的可靠性。

背景技术：

btm(应答器传输模块)作为ctcs各级列控系统/城市轨道列车控制系统的重要组成部分，其可靠性很大程度上影响了ctcs车载系统/城市轨道列车控制系统的可靠性，进而影响到整个系统的运行效率。

btm作为车载设备中重要一环，对列车的定位起到了关键的作用。传统btm多为单套设备，同时由btm可靠性导致的系统不可用问题比例居高不下。国内较为普遍的ctcs2级系统中，btm为单套使用，故障后切换lkj控制，影响运输效率。ctcs3级系统中，安装两套独立的btm单套设备，冷备设计，故障后停车由司机按键切换，达不到理想的冗余效果。城市轨道交通的列车控制系统中的btm多为首尾端单套使用，btm同样是可靠性的关键点；即使部分集成商采用首尾端冗余，由于btm双天线的位置差异，同样达不到理解的应答器信息冗余效果。

技术实现要素：

本发明提出了一种btm新架构方案，解决了btm单套设备在单点故障情况下的硬件可靠性问题。

本发明提供一种冗余架构的btm，所述btm中包含两个独立的应答器信息通道，分别为a系信息通道和b系信息通道，同时所述btm中包含两个处理器模块，分别为a系处理器模块和b系处理器模块；

与常规的既有btm相比，所述btm的冗余架构指所包含的两个应答器上行链路信息通道完全相同，且其中的每个通道与既有btm相同，均包含天线、功率放大、信号放大、解调器的必要模块；

所述a系信息通道和b系信息通道独立工作，由独立的电源供电，在经过同一个应答器时，依次将应答器上行链路信息同时发送给所述a系处理器模块和b系处理器模块；任一系通道故障，不影响另一系工作，a/b系处理器模块仍可接收到另一系信息通道的应答器上行链路信息，减小btm整机对同一应答器的漏检概率；

所述a系处理器模块和b系处理器模块独立工作，每一系处理器模块都可接收到a/b系信息通道的应答器上行链路信息，该两系处理器模块同时通过板间冗余通信总线连接；保障在任何单点故障发生时，a/b系处理器模块能通过冗余通信总线共享各自接收到的应答器上行链路信息；

该a系处理器模块与b系处理器模块可同时提供两个冗余的通信b接口，把最终的应答器信息按要求发送给atp；

在双天线接收到的应答器位置信息存在差异的情况下，把双系接收到的应答器位置信息，通过应答器位置信息拟合的处理方法，拟合到其中一系信息通道对应的坐标系上。

本发明的技术优势如下，提供了基于既有btm与atp接口方案的双btm天线的应答器位置信息拟合的处理方法，及对应的与atp的接口方法，解决了冗余的btm天线带来的应答器位置异步问题。

附图说明

图1为本发明btm冗余架构的逻辑结构图；

图2为应答器位置信息拟合的处理方法示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明btm的新架构如图1，包含两个独立的应答器信息通道，分别为a系信息通道和b系信息通道。新架构同时包含两个处理器模块，分别为a系处理器模块和b系处理器模块。

与既有应用的常规btm相比，本发明包含两个完全相同的应答器上行链路信息通道，其中每个通道与既有btm相同，包含天线、功率放大、信号放大、解调器等必要模块。应答器在功率放大模块发送信号的激励下，产生的上行链路信息经过空气间隙与天线电路谐振，经过信号放大模块转换为数字电路可识别的信号幅度，经解调器解调后转变为串行基带码信号。

a系信息通道和b系信息通道独立工作，由独立的电源供电，在经过同一个应答器时依次将应答器上行链路信息同时发送给a系处理器模块和b系处理器模块。a/b系信息通道任一通道故障，不影响另一系工作，a/b系处理器模块仍可接收到另一系信息通道的应答器上行链路信息，减小btm整机对同一应答器的漏检概率。

该冗余架构同样包含一个或者多个处理器模块，处理器模块主要功能是对应答器上行链路信号进行解码并进行安全2取2操作，保证信息安全性。a系处理器模块和b系处理器模块独立工作，每一系处理器模块都可接收到a/b系信息通道的应答器上行链路信息。两系处理器模块同时通过板间冗余通信总线连接，保障在任何单点故障发生时，a/b系处理器模块能通过冗余通信总线共享各自接收到的应答器上行链路信息。

a系处理器模块与b系处理器模块可同时提供2个冗余的通信b接口，把最终的应答器信息按要求发送给atp。

本发明处理器板的应答器位置信息拟合的处理方法如图2所示。

本发明提供的应答器位置信息拟合的方法，是在双天线由于安装误差，或者安装条件限制等因素接收到的应答器位置(时刻)信息存在差异的情况下，把双系接收到的应答器位置信息，通过该方法拟合到其中一系信息通道对应的坐标系上。在atp角度看，btm只有一系天线，而实际上，btm通过冗余硬件信息通道，在不改变既有单套设备与atp接口的情况下，大大提高了btm整机的任务可靠性。

具体的，假设a/b系信息通道中的天线在接收到地面应答器位置时的位置差异为δ。若δ值相对较小，处理相对简单；如果δ值较大，甚至数倍于应答器最小间距，具有一定处理难度。

本方案的应答器位置信息拟合的处理方法主要是针对双系天线位置差异δ，以及双系天线之一漏检应答器的情况考虑的。如图2所示，假如a系天线安装在列车行进方向的前方，b系天线安装在后方。通过该方法，btm对应地把a(b)系信息通道接收到的应答器位置信息，拟合到b(a)系信息通道对应的坐标系上，atp以b(a)系信息通道的位置信息作为控车信息。而为了发挥系统最大的冗余效果，推荐采用以b系为参照点的位置信息控车。

列车在行进方向上以此经过应答器1、2、3，其中a系信息通道天线成功识别应答器1、3，漏检应答器2，b系信息通道天线成功识别应答器2、3，漏检应答器1。

在任一处理器模块角度，天线安装位置信息差异δ为已知配置。在该处理器模块先接收到应答器1信息时，并不马上将应答器1的信息加入结果队列。处理器模块在根据速度信息或者其他信息计算列车的相对位置信息并实时更新，在列车位置信息在某个数值区间(此区间与天线位置差异δ及位置计算误差相关)时，处理器模块按照位置信息索引将a天线接收到的应答器信息加入结果队列。此时还有两种基本情况：

1、该处理器模块接收到的应答器1信息，修正δ信息后，在b天线接收到的应答器位置信息前；

2、该处理器模块接收到的应答器1信息，修正δ信息后，在b天线接收到的应答器位置信息后；

经过拟合后，应答器1的信息在处理器上有两个对应的位置信息l1和l2，分别为天线a和天线b接收到的应答器1对应的位置信息。由于环境干扰、计算误差等因素的存在，l1和l2不会完全相等，存在一个相对较小的位置误差。由于单天线漏检应答器可能性的存在，处理器模块使用同一原则对l1和l2两个冗余信息进行过滤，保留l1和l2中位置信息的前者作为应答器1的最终信息，即使在a/b系天线其中之一漏检了应答器的情况下，处理器模块也有一个可用的应答器位置信息上报给atp。

本发明与atp的接口方法，是在不改变既有单套btm设备与atp的接口规范基础上，向atp提供相对于a(b)系信息通道天线为参考的线路的应答器位置信息，并在a/b系处理器模块间的冗余通信总线的支持下，保证a/b系处理器模块b接口中的提供的应答器信息冗余(或者a/b系处理器模块b接口提供的信息无缝切换/冗余切换)。

下面具体介绍本发明btm冗余架构的突出优点。

1、应答器信息冗余功能(内部同步模块)：

1)物理冗余：

完整独立的a/b系信息通道，增加了btm整机识别应答器的可靠性。

a/b系信息通道解调器输出的串行应答器基带码信息，同时向a/b系处理器模块传送，交叉连接，保证交叉故障时btm整机的可用性。

a/b系信息通道和a/b系处理器模块发生单点故障时，保证设备可用，达到物理上的冗余。

2)逻辑冗余：

a/b系处理器模块通过冗余通信总线连接，即使本系处理器模块因为任何原因没有成功对应答器信息解码，仍可通过冗余通信总线获得本系处理器模块的应答器信息。

2、双天线应答器位置信息拟合

本发明提供的应答器信息拟合方法，保证atp在安装了冗余btm天线后，免于处理双系天线的应答器位置差异问题，保留常规单套btm与atp接口，使点式信息系统完全冗余成为可能，大大提高系统可用性。

本发明的技术方案带来如下的技术效果：

1、保留了既有btm与列控车载处理器的接口；