Системы связи с подвижными объектами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные к выполнению курсовой работы

Рассматривается прямолинейный диспетчерский участок железнодорожной магистрали (рис 1)

Рисунок 1. Диспетчерский участок

Использованные следующие аббревиатуры: ТВЛ - два провода трехфазной высоковольтной линии, ВЛС - воздушная линия связи, ДВ и ОВ - соответственно двух- и однопроводной волноводы.

Трассы радиосвязи на перегонах АБ, БВ, ГД и ДЕ относятся ко второму типу, профиль трассы на перегоне ВГ представлен на рис. 2 (h - уровень земной поверхности).

Рисунок 2. Профиль трассы на перегоне ВГ

Почва на диспетчерском участке имеет очень сухую слабо проводящую песчаную почву (удельная электрическая проводимость у=10^-4 См/м, относительная диэлектрическая проницаемость е=2,5).



Таблица 1. Технические характеристики участка и оборудования

Род тяги	ЭПТ - электрическая тяга постоянного тока.
Вид участка	ДВ - двухпутный
Высота подвески гектометровой Г - образной антенны и высота установки стационарной антенны метровых волн h1	30 м
Длина фидера, соединяющего передатчик стационарной радиостанции и антенну l1	28 м
Длина фидера, связывающего антенну и локомотивную радиостанцию l2	4 м
Мощность передатчика стационарной и возимой радиостанций P1	8 Вт
Волновое сопротивление фидеров с	50 Ом
Длина фидеров , соединяющих передатчик стационарной радиостанции и согласующее устройство размещенное вблизи направляющей линии	А Б В Г Д Е 325 175 125 75 50 125



1. Дальность связи в радиосети ПРС-С гектометрового диапазона при использовании направляющей линии

гектометровый волна радиосеть диапазон

Дальность r радиосвязи между стационарной и возимой РС при использовании НЛ вычисляется по формуле:

где - уровень сигнала, поступающего в НЛ от передатчика РС, дБ;

где - нулевой уровень напряжения, принимается равным 1 мкВ;

- волновое сопротивление фидера, соединяющего передатчик и антенну, принимаем согласно варианту 50 Ом;

- мощность передатчика стационарной и возимой радиостанций, принимается согласно варианту 8Вт.

- минимально допустимый уровень полезного сигнала на входе приемника возимой РС, дБ. Согласно варианту тип тяги - электрическая постоянного тока, по таблице минимальный уровень полезного сигнала равен в зависимости от вида направляющей линии:

Два провода трехфазной ВЛ ,

Двухпроводный волновод ДВ ,

Однопроходный волновод ОВ ,

Цветные цепи воздушной линии связи и ТВЛ

- переходное затухание между НЛ и антенной возимой РС, дБ. Выбирается согласно данным таблицы 7 в зависимости от типа направляющей линии и рода тяги. Согласно варианту переходное затухание между НЛ и антенной возимой РС:

Два провода трехфазной ВЛ ,

Двухпроводный волновод ДВ ,

Однопроходный волновод ОВ ,

Цветные цепи воздушной линии связи и ТВЛ .

- затухание сигнала в стационарных устройствах, дБ.

где - удельное затухание фидера, соединяющего передатчик РС и СУ, установленное вблизи НЛ, дБ/м. Величина данного параметра определяется маркой кабеля, связывающего стационарную радиостанцию РС и согласующее устройство СУ, и диапазоном передаваемых частот. Для коаксиальных кабелей, применяемых в радиостанциях ПРС, значение дБ/м на частоте 2130 кГц

- длина фидера, соединяющего передатчик РС и СУ, дБ выбирается согласно варианту (см таблица 1; стр 5);

- затухание, вносимое СУ радиостанции, принимается равным 1,5 дБ.

- затухание, вносимое схемой возбуждения проводов НЛ, дБ. Согласно варианту два провода трехфазной ВЛ ,

Двухпроводный волновод ДВ ,

Однопроходный волновод ОВ ,

Цветные цепи воздушной линии связи и ТВЛ .

- концевое затухание на ближнем конце при синфазном возбуждение НЛ. Учитывается только при возбуждении ОВ и ВЛС. Принимает значение в пределах 5-6 дБ.

- коэффициент, учитывающий распределение высокочастотной энергии передатчика между отдельными фрагментами НЛ, принимается равным 0 дБ.

затухание сигнала в линейных устройствах, дБ;

где и - количество тяговых подстанций и разъединителей на перегоне, задано в исходных данных к курсовой работе таблица 2(стр.9);

, - затухания, вносимые соответственно схемами высокочастотных обходов тяговой подстанции и разъединителя, дБ. Учитывается только для тех перегонов, в направлении которых расположены тяговая подстанция или разъединитель. Затухания , принимаются равными по 1 дБ каждое.

- затухание, вносимое нарушением однородности двухпроводной НЛ, дБ. Учитывается при противофазном возбуждении проводов ДПР в случае, когда один из проводов переходит на противоположную сторону пути. Принимается равным 2,5 дБ.

и - количество воздушных и кабельных переходов, соответственно, определяется исходными данными таблица 2(стр.9);

- затухания, вносимые воздушными и кабельными переходами, принимается равным 0,7 и 2,5 дБ, соответственно;

и - число одно/трехфазных трансформаторов на перегоне, определяется исходными данными таблица 2 (стр.9);

- затухание, вносимое силовыми трансформаторами при его высокочастотной обработке, дБ. = 0,1 дБ - при включении высокочастотных заградителей в месте отпая от НЛ; при включении заградителей у силового трансформатора определяется графиками рисунок 3 (стр.9) в зависимости от длины проводов , которыми трансформатор подключается к НЛ; при использовании двухпроводной линии ДПР-ПП на участках электрической тяги переменного тока 2х25 кВ затухание, вносимое одним автотрансформаторным пунктом АТП в тракт передачи энергии высокой частоты = 4 дБ. Значение величины заданно в таблице 2(стр.9) исходных данных.

Таблица 2. Конструктивные особенности направляющей линии

Перегон измеритель	АБ	БВ	ВГ	ГД	ДЕ
	2	0	2	0	3
	4	2	4	1	1
	3	3	0	1	2
	3	0	3	3	3
	7	3	9	4	7
	1	2	1	3	2
	13	11	8	7	12

Рисунок 3. Зависимость затухания от длины провода 1 - для трехфазных трансформаторов, 2 - для однофазных трансформаторов

- затухание сигнала в локомотивных устройствах, дБ;



где - затухание, вносимое согласующим устройством, берется 1,5 дБ.

- коэффициент, учитывающий уменьшение кпд возимой антенны подвижных единиц (дрезины, автомотрисы, и т.п.) из-за уменьшения их длины и высоты по сравнению с типовой антенной. Принимается равным 12 дБ, для электровозов и тепловозов = 0 дБ.

- постоянная затухания НЛ на перегоне, дБ/км. Выбирается согласно варианту:

Два провода трехфазной ВЛ ,

Двухпроводный волновод ДВ ,

Однопроходный волновод ОВ ,

Цветные цепи воздушной линии связи и ТВЛ .

Пример расчета перегона АБ:

Тип тяги для данного варианта электрическая тяга постоянного тока. На перегоне АБ тип направляющей линии ТВЛ.

Минимальный уровень полезного сигнала приемника радиостанции для направляющей линии ТВЛ

Переходное затухание между НЛ и антенной возимой РС для типа направляющей линии ТВЛ

Результаты, полученные в ходе расчета для отдельных перегонов сводится в таблицу 3

Таблица 3. Дальность связи на перегоне

Перегон слева-направо	Дальность уверенной связи, км	Перегон справо-налево	Дальность уверенной связи, км	Протяженность перегона, км	Суммарная дальность уверенной связи,км
АБ	4,569	БА	5,244	12	9,813
БВ	3,969	ВБ	4,194	10	8,163
ВГ	8,394	ГВ	8,606	18	17
ГД	8,768	ДГ	8,840	10	17,608
ДЕ	8,384	ЕД	8,168	17	16,552

2. Расчет дальности радиосвязи при использовании стационарных антенн

При расчете дальности уверенной радиосвязи, организованной с использованием стационарных антенн определяется минимально допустимая напряженность электрического поля сигнала ,мВ/м, которую необходимо иметь в месте приема, и напряженность поля ,мВ/м, создаваемого антенной в зависимости от расстояния между антенной и местом приема.

Минимально допустимая напряженность электрического поля сигнала определяется по формуле:

где - коэффициент, характеризующий глубину волнообразного изменения напряжения сигнала по отношению к среднему его значению. На участках с электрической тягой принимается равным 2.

- минимально допустимое отношение сигнал/помеха на входе приемника, при котором обеспечивается необходимое качество разборчивости речи. При расчетах принимается равным 2.

- квазипиковое значение напряженности поля радиопомех на уровне интегральной вероятности 0,8, мВ/м. Значение ЕП для расчета выбирается из таблицы 8 в зависимости от типа тяги.

Напряженность поля , создаваемая антенной в зависимости от расстояния между антенной и местом приема, определяется по формуле:

где - мощность в антенне, определяется из формулы ниже.

- коэффициент полезного действия антенны, выбирается согласно варианту 0,6

D - коэффициент направленного действия антенны по отношению к изотропному излучателю, при расчетах принимается равным 1,5.

W - множитель ослабления, определяется ниже.

Мощность в антенне рассчитывается по формуле:

,

где - мощность передатчика, определяется из таблицы 1.

- постоянная затухания фидера, соединяющего передатчик РС и СУ, установленное вблизи НЛ, дБ/м.. Для коаксиальных кабелей, применяемых в радиостанциях ПРС, значение дБ/м на частоте 2130 кГц;

- длина фидера соединяющего передатчик РС и стационарную антенну, выбирается согласно исходным данным таблица 1;

- затухание, вносимое СУ радиостанции, принимается равным 1,5 дБ.

Множитель ослабления определяется по формуле:

где x - расчетный коэффициент, определяемый из выражения согласно формуле:

где - длина волны, для гектометрового диапазона в радиосети ПРС-С равна 140,8 м;

- относительная диэлектрическая проницаемость почвы, выбирается из исходных данных;

- удельная электрическая проводимость почвы, См/м. Выбирается из исходных данных таблицы 1.

В результате расчета будет получена зависимость напряженности поля , создаваемого антенной, от расстояния между антенной и местом приема r.

Таблица 4. Расчеты дальности радиосвязи

r	x(r)	W(r)		Ea(r)
1	0,558	0,79	8,44	23,722
2	0,58	0,781		11,737
3	0,603	0,773		7,743
4	0,625	0,765		5,746
5	0,647	0,757		4,548
6	0,67	0,749		3,75
7	0,692	0,741		3,18
8	0,714	0,733		2,753
9	0,737	0,725		2,421
10	0,759	0,718		2,156
11	0,781	0,71		1,939
12	0,803	0,702		1,758
13	0,826	0,695		1,606
14	0,848	0,687		1,475
15	0,87	0,68		1,362
16	0,893	0,673		1,263
17	0,915	0,666		1,176
18	0,937	0,658		1,099
19	0,96	0,651		1,03
20	0,982	0,644		0,968

Рисунок 4. Кривая распространения радиоволн )

Длина распространения радиосвязи при использовании стационарных антенн равна 17 км

3. Подключение стационарных радиостанций к направляющим линиям

При использовании высоковольтных проводов в качестве направляющих линий предусматриваются высокочастотный обход тяговых подстанций и разъединителей, а также высокочастотная обработка силовых трансформаторов, подключенных к высоковольтным проводам. Высокочастотный обход тяговых подстанций и разъединителей обеспечивает прямой путь сигналам связи по высоковольтным проводам обоих направлений в обход электросиловых установок. Высокочастотная обработка силовых трансформаторов заключается в применении высоковольтных заградителей, включаемых последовательно в отводы, идущие от высоковольтных проводов к силовым трансформаторам. Высокочастотная обработка силовых трансформаторов, подключенных к высоковольтным проводам, предусматривается при использовании этих проводов в качестве направляющих линий и предназначается для уменьшения утечки токов высокой частоты в местах подключения трансформаторов, а также

для снижения уровня радиопомех в высоковольтных проводах, проникающих в них со стороны потребителей электроэнергии.

При стыковании различных типов направляющих линий присоединение по высокой частоте одно- и двухпроводных волноводов к проводам высоковольтных линий, используемых для передачи сигналов поездной радиосвязи, следует выполнять с применением линейных трансформаторов ЛТ-2, блоков РК (разделительный конденсатор) и конденсаторов СМ. Если провода ВЛ подвешены на опорах контактной сети, конденсатор СМ и контуры СК-6, заземляющие по току промышленной частоты низковольтную обкладку конденсаторов, должны устанавливаться на тех же опорах. Заземление контуров СК-6 должно выполняться на рельс. Линейный трансформатор целесообразно размещать на специально установленной опоре, защищающие трансформатор разрядники должны заземляться на отдельный заземлитель.

Если высоковольтные провода подвешены не на опорах контактной сети, все элементы схем присоединения могут устанавливаться на одной опоре и заземляться на общий контур заземления. Для сопряжения ДВ и ТВЛ используем схему по рисунку 5, аналогичная схема используется также и для сопряжения ВЛС и ДВ, однако в ней целесообразно заменить высоковольтные конденсаторы СМ более дешевыми разделительными конденсаторами РК.

Рисунок 5. Схема сопряжения ДВ и ТВЛ

Сопряжение ДВ и ОВ производится с помощью устройства по рисунку 6.

Рисунок 6. Схема сопряжений ДВ и ОВ



Передача высокочастотной энергии от передатчика стационарной радиостанции в направляющие линии возможна индуктивным способом и непосредственным подключением через согласующее устройство и разделительный конденсатор (конденсатор подключения). Последний способ разрешается применять только на участках дорог с электрической тягой на переменном токе при использовании волноводного провода в качестве направляющего. В остальных случаях можно использовать только индуктивный способ.

При индуктивном способе возбуждение направляющих проводов токами высокой частотой осуществляется с помощью возбуждающих проводов длиной 35 м (л/4, при л =140м), подвешиваемых параллельно направляющим проводам на расстоянии:

- 0,5 м от волноводного провода;

- 0,8 м от провода ВЛ 6/10 кВ;

- 1 м от проводов ДПР.

При использовании высоковольтных проводов следует применять противофазное возбуждение, обеспечивающее меньшее затухание электромагнитной энергии при распространении ее по проводам вдоль перегона.

Если высоковольтные провода (рисунок 7) 1 и 4 находятся на противоположных сторонах пути, то противофазное возбуждение осуществляется двумя однопроводными возбуждающими линиями 2 и 5, каждая из которых возбуждает соответствующий высоковольтный провод. Для обеспечения противофазности возбуждения один из соединительных кабелей 3 должен быть длиннее другого 6 на отрезок, равный половине длины волны в кабеле.



Рисунок 7. Схема возбуждения при противофазном возбуждении проводов ДПР, подвешенных с противоположной сторон пути

Индуктивный способ возбуждения волноводного провода 1 (рисунок 8) осуществляется также с помощью однопроводной линии 2, соединенной с рельсом через контур ЗК-4 для обеспечения безопасности. На участках с электрической тягой на постоянном токе контур ЗК-4 можно не устанавливать. При возбуждении цветной цепи воздушной линии связи провод возбуждающей линии подвешивают на одинаковом расстоянии от каждого провода цветной цепи. Если линия связи удалена от станционного здания, то приемопередатчик соединяют с АСУ коаксиальным кабелем. На близких расстояниях вместо кабеля можно применять однопроводную воздушную цепь, а АСУ устанавливать в станционном помещении. В схемах высокочастотного возбуждения направляющих проводов вместо АСУ от радиостанции можно использовать контур СК-6, который одновременно выполняет функции защитного заземления.

Рисунок 8. Схема при индуктивном способе возбуждения волноводного провода



4. Расчет дальности связи при заданном типе трассы радиосвязи ПРС-С метрового диапазона

При расчете радиоканала ПРС дальность связи определяется в направлении от стационарной радиостанции к радиостанции подвижного объекта, поскольку условия приема сигнала на подвижном объекте значительно хуже, чем на стационаре из-за высокого уровня помех.

Значение напряженности поля определяется по формуле:

где - минимально допустимый уровень полезного сигнала на входе приемника возимой радиостанции, согласно номеру варианта

- коэффициент, который учитывает условия распространения радиоволн на конкретной трассе радиосвязи и зависит от типа трассы, зависимость коэффициента от коэффициента сложности трассы . Значение задано в таблице 1 исходных данных. Согласно варианту

- коэффициент мощности, который учитывает отличие мощности используемого передатчика от мощности стандартного, дБ; рассчитывается по формуле:

где - мощность используемого передатчика, согласно исходным данным таблицы 1,

Р- мощность стандартного передатчика, принимается равной 1Вт.

- коэффициентами усиления по отношению к полуволновому вибратору, который учитывают направленные свойства стационарной (передающей) и возимой (принимающей) антенн, соответственно. Значение задано в исходных данных таблица 1, - принимается равным 0.

М - высотный коэффициент, дБ, который учитывает отличие произведения высот установки антенн от 100 м; рассчитывается по формуле:

где высота установки используемого передатчика, задана в исходных данных таблицы 1,

высота установки возимой антенны, принимается равной 5м.

- затухание, дБ, вносимое фидером стационарной радиостанции РС и фидером возимой (локомотивной) радиостанции РВ;

- постоянная затухания фидера, дБ/м. Выбирается в зависимости от типа кабеля, который выбирается исходя из волнового сопротивления фидера, заданного в таблице 1 исходных данных, согласно варианту тип кабеля РК50-7-15, значит и

- длина фидера, связывающего РС и антенну и РВ и антенну, соответственно. Величины заданы в исходных данных таблица 1. В качестве фидера, связывающего передатчик (приемник) и антенну, выбираем коаксиальный кабель, работающий на частоте 160 МГц (метровый диапазон длин волн). При выборе коаксиального кабеля следует учитывать значение волнового сопротивления заданного в исходных данных (в марке кабеля значение данного параметра находится после символов РК).

- коэффициент экранирования, учитывает ослабление напряженности поля, вызванное влиянием металлической крыши и наличием в месте расположения возимой антенны различного оборудования. Значения согласно варианту антенна находится на крыше головного вагона,

- коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью; для однопутного участка принимается равным 1 дБ, для двухпутного - 2 дБ.

- коэффициент, который учитывает преобразования напряженности поля ВЧ сигнала в напряжение в точке соединения приемной антенны с фидером, принимается равным 10 дБ для фидеров с волновым сопротивлением 75 Ом и 12 дБ для фидеров с волновым сопротивлением 50 Ом.

- коэффициент, учитывающий пространственные и временные флуктуации напряжения поля, вызванные интерференцией падающих и отраженных волн, согласно варианту

- коэффициент, который учитывает пространственные и временные флуктуации напряжения поля, вызванные неровностью земной поверхности вследствие изменения рельефа местности, определяется в зависимости от типа трассы, который задан в таблице 1, согласно варианту

- коэффициент, который учитывает колебания напряженности поля (суточные и сезонные) из-за изменений рефракции в тропосфере, согласно варианту .

Пример расчета:



Определение дальности связи r производится путем составления базовых кривых приведенных в рисунке 9.

Рисунок 9. Базовые кривые распространения

5. Определение типа трассы радиосвязи и расчета дальности радиосвязи ПРС-С метрового диапазона

В качестве примера расчета рассмотрим перегон ВГ.

Профиль железнодорожной трассы на перегоне ВГ представлен на Рисунке 10.

Рисунок 10. Профиль трассы в направлении от станции В к Г

Найдем дальность связи между РС на станции В и локомотивом. Высота установки передающей антенны 30 м, приемной - 5 м. На трассе ВГ имеются холмы в начале, середине и конце, поэтому данный вариант трассы следует отнести к 3 типу определяется по таблице согласно [2]. Глубина закрытия трассы h_г -расстояние по вертикали от прямой, соединяющей центры антенн, до вершины препятствия. Если последних несколько, то выбирается наибольшее значение величины h_г. В данном случае h_г=20 м и по глубине закрытия трасса отвечает 2 типу. Общая линейная протяженности закрытия трассы L= =33%, по относительной протяженности закрытия трасса ВГ относится к 2 типу определяется по таблице согласно [2].

Расстояние по горизонтали от передающей антенны до ближайшей точки переизлучения радиоволн (вершины левой горы по рис. 1) r_н = 4 км, от приемника до подобной точки - r_к = 3 км. По последним двум характеристикам трассу ВГ следует отнести соответственно к 2 и 1 типам. Усредненное значение типа трассы: . Выполним округление до ближайшего числа, кратного величине 0,5 и найдем коэффициент сложности: К_СТ = 2.

Аналогичным образом проведем анализ трасс ГВ, ВМ_1, М₁В, ВМ_2, М₂В, ГМ_2, М₂Г, ГМ_1, М₁Г. Полученные при этом результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Трасса	Препятствия	hг, м	L,%	rн, км	rк, км	КСТ
ВГ	3	20м=2	33%=2	4км=2	2км=2	2
ГВ	3	30м=3	38%=3	7км=0	4км=1	2
ВМ1	2	30м=3	45%=3	4км=2	4км=1	2
М1В	2	30м=3	50%=4	2км=4	4км=1	2
ВМ2	2	21м=3	46%=4	4км=2	2км=2	3
М2В	2	30м=3	46%=4	2км=4	4км=1	3
ГМ2	1	3м=1	14%=1	2км=4	3км=1	1
М2Г	1	6м=1	20%=2	3км=3	2км=2	2
ГМ1	3	30м=3	35%=3	7км=0	2км=2	2
М1Г	2	20м=2	44%=3	2км=4	2км=2	3

6. Кординационное расстояние между станционарными радиостанциями РС

Кординационное расстояние - минимальное расстояние между станционными радиостанциями РС, при котором исключается взаимное влияние РС, работающих на одной частоте. Для определения координационного расстояния вычисляется напряженность электромагнитного поля сигнала по формуле:

где максимально допустимый уровень мешающего сигнала, принимается равным 10дБ.

высотный коэффициент, рассчитывается при условии одинаковых высот стационарных антенн по формуле:

Значение коэффициентов принимаются равным 0,6 и 2 дБ.

По рассчитанному значению и (базовой кривой 3 рисунок 31 из методических указании) определяется координационное расстояние между радиостанциями.



Заключение

По расчетам координационного расстояния значительно больше дальности перегона, в связи, с чем необходимо применить дополнительные меры в виде внесения затухания на стационарной радиостанции для исключения наложения сигналов от соседних радиостанций.



Библиографический список

1. Ваванов, Ю.В. Станционная и поездная радиосвязь: учебник для техникумов ж.-д. трансп. / Ю.В. Ваванов, О.К. Васильев, С.И. Тропкин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт. 1986. - 303 с.

2. Важенина И.Г. Системы связи с подвижными объектами. Методические указания к курсовому проекту.

3. Правила организации и расчета сетей поездной радиосвязи / ВНИИ УП МПС России. - Красноярск, 2004. - 141 с.

4. Радиосвязь на железнодорожном транспорте: учебник для вузов ж.-д. трансп. / П.Н. Рамлау [и др.]; под ред. П.Н. Рамлау, - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт. 1983. - 366 с.

5. Радиотехнические системы железнодорожного транспорта / Ю.В. Ваванов [и др.] -М.: Транспорт. 1991. - 303 с.

6. Федоров, И.М. Организация и расчет симплексной сети поездной радиосвязи: варианты заданий и методические указания по выполнению курсовой работы по освоению курса «Системы связи с подвижными объектами» / Фёдоров И.М., Певзнер В.А. - Красноярск: КФ ИрГУПС, 2005. - 31с.

Размещено на Allbest.ru