一種漏纜在線監測系統的制作方法

本發明涉及軌道交通無線通信系統用漏泄電纜監測技術領域，尤其涉及一種漏纜在線監測系統。

背景技術：

軌道交通和客運專線無線通信系統的運行質量與鐵路運輸組織及運行安全密切相關。由于在隧道內，無線電磁波的傳播受到限制，導致通信不暢，因此，無線通信系統使用漏泄電纜(以下簡稱漏纜)進行通信網絡覆蓋，保證無線電磁波的傳播不受限制，以保證車地數據傳輸的通暢。

在無線通信系統網絡日常運營維護中，漏泄電纜系統的性能對無線通信網絡的安全運行有很重要的影響。無源器件的故障是整個射頻無線系統中的主要問題，接頭、跳線、調相頭、避雷器及直流阻隔器等出現問題的幾率占絕大部分，漏纜的折斷、變形及損壞，接口的松動、進水和霧腐蝕，天線的損壞及安裝過程中的部分不規范等均影響線路的質量。隨著無線通信系統的運行開通，由于設備質量問題或工程安裝問題，部分漏纜所連接的接頭、跳線、調相頭、避雷器和直流阻隔器將開始進入故障頻發期。

針對漏泄電纜系統出現的故障問題，目前的解決方案主要有離線式監測、帶監測功能的直放站、發射接收式監測及被動式在線監測。離線式監測是在故障出現后進行測試，不能在線監測，時效性差；帶監測功能的直放站不具有定位功能，監測到報警后需要重新測試；發射接收式監測分為發射和接收，一套系統有兩個設備，對供電要求高，不能檢測單電源的短隧道和隧道兩端的漏纜，不具有通用性；被動式監測提取漏纜傳輸的信號，提取信號難度很大，且漏報率高。總的來說，目前常用的在線解決方案主要分為駐波比檢測和主從機監測 兩大類，前者僅僅是進行報警功能，不能定位，需專業技術人員處理故障，耗時而不便；后者是使用兩臺有源設備進行檢測，檢測結果受室外溫度影響較大，誤報率高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種漏纜在線監控系統，能夠對故障點精確定位，監測精度高，監測范圍大，適用于各種長度及各種頻率的漏纜的監測。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種漏纜在線監測系統，包括監測單元、通信鏈路及網管，所述監測單元經通信鏈路與網管進行信息交互，所述監測單元采用監測主機，監測主機包括用于向漏纜發送射頻信號的射頻電路模塊、用于接收反射回來的射頻信號的信號接收模塊、用于根據反射回來的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點的位置的信號處理模塊及環形器，射頻電路模塊的輸出端經環形器連接漏纜的一端，漏纜的同一端連接信號接收模塊的輸入端，信號接收模塊還與信號處理模塊相連，信號處理模塊經通信鏈路與網管相連；通信鏈路包括光電轉換模塊及電光轉換模塊，通信鏈路用于對監測信號進行轉換和傳輸；所述網管用于對監測單元發送的數據進行分析和顯示，并向監測單元發送控制指令。

所述監測主機還包括信號合路模塊，射頻電路模塊的輸出端通過環形器連接信號合路模塊的輸入端，信號合路模塊與漏纜的一端相連，信號合路模塊還經環形器連接信號接收模塊的輸入端，所述射頻電路模塊還與信號處理模塊相連。

所述監測單元還包括監測跨接器和監測匹配終端，監測跨接器跨接在兩段漏纜之間，監測匹配終端設置在漏纜尾端。

所述網管包括數據通信模塊、實時狀態模塊、告警管理模塊、數據記錄模 塊、配置管理模塊、維護管理模塊及用戶管理模塊，數據通信模塊輸出的信號接入到實時狀態模塊和告警管理模塊，實時狀態模塊和告警管理模塊輸出的數據保存在數據記錄模塊中，用戶管理模塊、配置管理模塊及維護管理模塊輸出的信號也保存在數據記錄模塊中，配置管理模塊及維護管理模塊輸出的配置信號和控制信號均傳輸給數據通信模塊，并下發至監測單元。

還包括現場管理單元，監測單元通過通信鏈路與現場管理單元進行信息交互，現場管理單元的輸出端連接網管，現場管理單元用于將監測單元的數據匯總并上傳至網管，同時將網管下發的控制指令發送至監測單元。

所述監測單元有多臺，每個監測單元均具有唯一的編號和IP，多臺監測單元和現場管理單元之間采用星形連接；所述現場管理單元也有多臺，每個現場管理單元均具有唯一的編號，多臺現場管理單元及網管之間也采用星形連接。

本發明具有以下優點：

(1)本發明所述監測單元的精度可調，且監測精度可達厘米級別，監測精度高；

(2)監測單元所用的檢測信號與漏纜工作頻率不同，不影響漏纜的正常工作，且監測單元具有定時輪詢檢測功能，方便用戶使用，同時能夠降低設備功耗，增加設備壽命；

(3)監測單元可同時監測多條漏纜，并且可以跨過直放站對不同段漏纜進行監測，可以減少監測單元的個數，降低成本；

(4)采用專用網管系統，可以對漏纜故障點進行定位分析和顯示故障器件，為維修人間的檢修提供依據，同時，網管還具有數據保存和查詢功能，方便技術人員為漏纜的故障狀況進行查看和分析，以制定完善的維修方案；

(5)本監測系統既適用于漏纜的監測，也適用于監測天饋線系統，實用性 強。

附圖說明

圖1為本發明的原理框圖；

圖2為本發明所述監測主機的原理框圖；

圖3為本發明所述網管的原理框圖；

圖4為本發明的組網示意圖；

圖5為本發明所述實施例一的數據傳輸鏈路圖；

圖6為本發明所述實施例二的數據傳輸鏈路圖。

具體實施方式

實施例一

如圖1至圖5所示，本發明包括監測單元、現場管理單元、通信鏈路及網管，監測單元通過通信鏈路與現場管理單元進行信息交互，現場管理單元還與網管相連，監測單元用于產生掃頻信號輸入到漏纜中，并根據漏纜反射回的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點的位置，并將故障信息傳輸給現場管理單元；現場管理單元用于將監測單元監測到的數據匯總并上傳至網管，同時將網管下發的控制指令發送至監測單元；網管用于對現場管理單元發送的數據進行分析和顯示，并根據監測單元監測到的數據發出控制指令。

監測單元包括監測主機及監測匹配終端，監測主機包括射頻電路模塊、環形器、信號合路模塊、信號接收模塊及信號處理模塊，射頻電路模塊的輸出端通過環形器連接信號合路模塊的輸入端，信號合路模塊與漏纜相連，信號合路模塊還經環形器連接信號接收模塊的輸入端，信號接收模塊的輸出端連接信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊還經通信鏈路與現場管理單元相連，射頻線路模塊還與信號處理模塊相連。射頻電路模塊產生掃頻信號并發送至漏纜，信號 接收模塊接收漏纜反射回的射頻信號，信號處理模塊用于判斷漏纜是否存在故障及故障點的位置，并將故障信息通過現場管理單元傳輸至網管，同時，網管下發的控制信號經現場管理單元傳輸至監測主機；環形器使信號單向環形傳輸，信號合路模塊用于將射頻電路反射的信號與直放站信號進行合路；監測匹配終端設置在漏纜的尾端，用于吸收漏纜尾端的射頻信號，防止信號反射而影響檢測結果。監測主機和監測匹配終端分別與直放站相連，直放站為無線傳輸系統的現有裝置，不再贅述。

根據漏纜的特性，對于阻抗完美匹配的漏纜而言，發送到漏纜的信號具有完全傳輸零反射的特性，而實際應用中，當漏纜出現故障時，漏纜的阻抗不完全匹配，發送到漏纜的信號會反射到發送端，造成反射信號增強。本發明利用對反射信號的檢測來判斷故障點的距離和故障程度。

信號處理模塊對信號進行處理時，為規避積分計算非常耗時的難點，本發明中采用頻域處理的方式進行處理，在頻域中根據傅里葉變換的卷積原理計算，把輸入信號的傅里葉變換與被測漏纜的頻響特性進行卷積，然后再對卷積結果進行傅里葉逆變換，獲得時域信息后即可得到被監測漏纜的駐波比信息，從而對漏纜進行閾值判斷。時域中的積分用頻域中的卷積來描述，可以快速計算出階躍響應特性。

本發明中監測系統的檢測精度公式為：

式中：

A—檢測精度；

c—光速；

v_p—速度系數；

P—測量點數；

ΔF—掃描帶寬。

監測系統的測量范圍Z為：

監測單元對漏纜監測時，通過接收返回的掃頻信號來對漏纜進行檢測，所以監測主機發射的掃頻信號在漏纜里作了一次往返，其動態范圍與報警門限和被監測漏纜長度的關系為：

式中：

D—被監測漏纜的長度；

Z—可監測的總長度，單位為米；

X—漏纜的百米損耗；

RL₀—駐波比故障門限所對應的回波損耗值。

其中，回波損耗與駐波比的關系為：

式中：

VSWR—駐波比值。

信號處理模塊對信號進行處理的過程有現有技術，不再贅述。

現場管理單元包括設備通道選擇模塊及控制軟件模塊，控制軟件模塊具有識別功能，通過對監測單元和網管的IP信息進行識別，可以使網管和監測單元通過設備通道選擇模塊進行通信。

在本實施例中，監測單元設置在直放站機房內，現場管理單元設置在基站機房內。

通信鏈路包括光電轉換模塊和電光轉換模塊，監測單元發送的信號經電光轉換模塊轉為光信號后，經光纜進行遠距離傳輸，并通過光電轉換模塊轉為電信號接入現場管理單元；現場管理單元發送的信號經電光轉換模塊轉為電信號后，通過光纜進行遠距離傳輸，并通過光電轉換模塊轉化為電信號接入監測單元，使用光纜傳輸可以降低損耗，實現遠距離傳輸。

網管包括數據通信模塊、實時狀態模塊、告警管理模塊、數據記錄模塊、配置管理模塊、維護管理模塊及用戶管理模塊。數據通信模塊輸出的信號接入到實時狀態模塊和告警管理模塊，實時狀態模塊和告警管理模塊輸出的數據保存在數據記錄模塊中，用戶管理模塊、配置管理模塊及維護管理模塊輸出的信號也保存在數據記錄模塊中，配置管理模塊及維護管理模塊輸出的配置信號和控制信號均傳輸給數據通信模塊，并下發至監測單元。數據通信模塊用于完成所有監測單元與網管之間的數據通信，定時將監測單元所監測的漏纜信息與網管進行數據交互，是網管與監測單元交互的橋梁；實時狀態模塊用于完成所有監測單元監測的漏纜實時信息的記錄與導出，包括所監測漏纜的位置信息、實施告警信息、漏纜長度、報警信息及用戶操作信息；告警管理模塊用于完成對告警信息的處理，包括告警后的聲音警示、告警信息確認、告警漏纜鏈路的波形以及告警點對應的故障器件等；數據記錄模塊是網管數據庫，完成對報警信息、用戶操作信息等的記錄以及導出；配置管理模塊完成網管對監測單元的初始化配置，包括監測單元的編號、IP、端口號、公里標信息、掃描起止頻率、掃描點數、時間同步信息以及所監測漏纜的起止距離、百米損耗、相對傳輸系數等基本屬性；維護管理模塊用于完成對監測網管的設置和維護，可以設置監測系統的報警門限值、定時輪詢監測時間等；用戶管理模塊主要完成對不同用戶等級的權限劃分、用戶添加和基本信息修改、用戶統計等。

在本發明中，監測單元有n個，n＝1,2,……，n-1，n，每個檢測單元均具有唯一的編號和IP，n個監測單元和現場管理單元之間采用星形連接，即n個監測單元均通過通信鏈路連接現場管理單元，現場管理單元有N個，N＝1，2，……，N-1，N，每個現場管理單元均具有唯一的編號，N臺現場管理單元及網管之間也采用星形連接，即N個現場管理單元均連接網管，將n*N個監測單元所監測的數據傳輸到網管，可以在監控室以及通信車間查看監控狀態。

實施例二：

如圖1至圖4及圖6所示，監測單元包括監測主機、監測跨接器及監測匹配終端，監測主機用于產生掃頻信號并將掃頻信號輸入到漏纜中，根據漏纜反射回的射頻信號判斷漏纜是否存在故障及故障點的位置，并將故障信息傳輸給現場管理單元；現場使用中，直放站兩端的漏纜是獨立的，監測跨接器跨接在兩段漏纜之間，監測跨接器可以減少監測主機的數量，降低成本；監測匹配終端設置在漏纜尾端，用于吸收漏纜尾端的射頻信號，防止信號反射而影響檢測結果。

實施例二與實施例一的區別僅在于實施例二中包括漏纜跨接器，其他均與實施例一相同。

以GSM-R漏纜為例，避開漏纜的工作頻率，并且擇取能夠很好反應出漏纜工作狀態的掃描頻率，精度誤差不大于5米，配置監測主機掃描起始頻率780MHz、終止頻率820MHz、測量點數1033、監測漏纜起始距離0米、監測漏纜終止距離2000米、速度系數0.88、百米損耗2.20、三級告警門限分別為1.5、1.8、2.0。則檢測精度為：

測量范圍Z為：

根據所設置參數，告警門限值為1.5時，回波損耗值為：

則動態范圍要求：

本次監測漏纜長度為2000米，大于兩相鄰直放站之間漏纜長度，所以應用方案可參考圖6，對直放站兩端的漏纜通過監測跨接器進行橋接，延長了被監測漏纜的距離而不影響直放站與漏纜之間的連接方式。

本發明能夠對故障點精確定位，監測精度高，監測范圍大，適用于各種長度及各種頻率的漏纜的監測，同時也適用于監測天饋線系統，應用范圍廣，實用性強。

本方面具體應用途徑很多，上述僅是本發明的優選實施方式，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也視為本發明的保護范圍。