应答器设备技术规范样本.docx
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应答器设备技术规范样本
应答器设备技术规范
(征求意见稿)
7月29日
应答器设备技术规范(征求意见稿)
11 范围
本标准要求了应答器设备基础功效、技术要求。
本标准适用CTCS-1~4各级列车运行控制系统。
本标准适应列车最高运行速度300km/h。
12 引用标准
TB/T3021-铁道机车车辆电子装置
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB007
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB020
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB009
UnisigSubset-036v2.2.2FFFISFOREurobalise
UnisigSubset-085;TestSpecificationforEurobaliseFFFIS
欧洲电信标准研究所制订EN300330、EN300220、EN300440、EN50121、EN50122、EN50125、EN50129标准
13 设备功效
应答器设备由地面、车载两部分设备组成。
地面设备
应答器地面设备包含:
地面无源应答器、地面有源应答器、和地面有源应答器连接地面电子单元(LEU)。
地面应答器
地面应答器是一个能够发送数据报文高速数据传输设备。
地面应答器应能提供上行数据链路,实现地对车数据传输。
地面应答器分地面无源应答器和地面有源应答器两种类型,地面无源应答器只能发送固定数据报文,地面有源应答器和地面电子单元(LEU)相连接时能发送实时可变数据报文。
地面应答器存放数据报文能够得到检验。
修改地面应答器存放数据报文时需有严格授权。
地面电子单元(LEU)
地面电子单元(简称LEU)是一个数据采集和处理单元,当有数据改变时,LEU依据改变后数据形成报文并送给地面有源应答器进行发送,同时LEU应含有接收外部数据报文,并向地面有源应答器进行发送功效,即报文透明传输功效。
一个LEU可同时向4个地面有源应答器发送4种不一样数据报文。
列车靠近地面有源应答器时,LEU发送数据报文应保持不变。
LEU应能实时监测和地面有源应答器间信息通道状态,并立即向车站列控中心回送。
当LEU和地面有源应答器通信中止时,不应产生危机行车安全后果。
当外部控制条件无效或通信故障时,LEU应向有源应答器发送默认报文。
LEU存放数据报文应正确无误。
数据报文正确存放在LEU对应存放单元中,选择地址线时不得有误,且必需有对应安全方法。
存放数据需对随机数据错误有很好防护,对于可能出现数据错误应该能够被检测到并得到立即处理,以防危及行车安全。
存放数据报文能够读出。
修改LEU存放数据报文需有严格授权。
当采取报文透明传输方法时,LEU应采取安全方法确保数据接收正确性,并确保数据报文时效性。
地面应答器组
地面应答器按编组形式设置,组内每个地面应答器均发送一组报文,全部报文综合定义了该地面应答器组所代表信息含义。
组内各地面应答器信息含相关联关系。
车载设备
应答器车载设备包含:
车载天线和车载解码器(BTM)。
车载解码器除对应答器报文进行解码还原,还包含载频发生器和功率放大器。
车载天线
车载天线是一个双工收发天线,向地面发送激活地面应答器功率载波、接收地面应答器发送数据报文。
车载解码器
车载解码器是用于对地面应答器数据进行处理模块,对应答器报文进行解码还原,并传送给列控车载计算机。
载频发生器和功率放大器用于产生激活地面应答器所需载频能量并经过车载天线传输给地面应答器。
车载解码器用于对地面应答器信息接收、滤波、数字解调和处理和相关数据传输。
处理好数据经过对应接口“B”,在约定接口协议下传送至相关设备,如ATP设备。
14 数据传输
图1为应答器设备数据传输结构框图。
图1数据传输结构示意图
无源应答器不和接口“C”连接
接口“A”定义;
接口“A”是地面应答器和车载天线设备间通信接口,其接口定义对确保不一样应答器设备间互联互通和信息传输高效、安全、可靠含相关键意义。
应答器和车载设备间数据传输基于磁耦合原理。
车载天线单元将发射磁场为应答器提供能量(下行链路),当日线单元在接触区内时,应答器接收此能量,建立工作电源,并发送数据报文(上行链路)。
应答器下行链路(车→地传输):
功率载频:
27.095MHz±5KHz
当频偏≥10KHz时,载波噪声<-110dBc/Hz
应答器上行链路(地→车传输):
中心频率:
4.234MHz±200KHz
逻辑0(fL)时为3.951MHz,逻辑1(fH)时为4.516MHz。
两频率变换时应保持相位连续。
应答器数据信号调制方法
调制方法:
FSK
调制频偏:
282.24KHz±5%
平均数据传输速率:
564.48±2.5%kbps
应答器带内频率辐射应满足EN300330(1999-05公布)7.2.1.3表中定义辐射要求
应答器带外频率辐射应满足EN50121-2(CategoryC,750VDCConductorRail)第4.1节定义辐射要求,衰减6dB。
接口“S”定义
接口“S”是LEU和车站列控中心设备间通信接口,LEU和车站列控中心设备间应采取RS-422、RS-485、CAN总线、以太网等方法进行连接,或采取继电器输入方法。
RS-422、RS-485串行通信
采取主从通信方法,LEU为从机。
采取双通道冗余方法
通信波特率:
38400bps。
通信协议:
FSFB/2(第二代现场总线故障安全通信协议)或其它故障安全通信协议。
CAN总线
通信协议为:
2.OB。
继电器输入接口
符合铁路信号设备故障安全标准要求。
输入电压为直流24V。
其它总线方法。
接口“B”定义
接口“B”为车载解码器和列控车载计算机间通信接口,应采取RS485、CAN总线,或其它串行数据总线方法。
RS-485
采取主从通信方法,车载解码器为从机。
CAN总线
通信协议为:
2.OB。
其它总线方法。
接口“C”定义
接口“C”是LEU和地面有源应答器间通信接口,它包含由LEU向地面有源应答器传输数据报文接口“C1”、地面有源应答器回送被激活接口“C4”、LEU向地面有源应答器提供偏置电压接口“C6”,这三种接口信号同在一对电缆芯线中传输。
接口“C”传输是透明。
传输介质
采取应答器设备专用屏蔽双绞电缆,电缆关键指标以下:
特征
单位
数值
条件
环路阻抗
Ω/km
≤19.8
f=0Hz
分布电容
nF/km
≤42.3
波阻抗
Ω
120±5
f=1.8MHz
衰耗
dB/100m
<0.8
f=1.8MHz
接口“C1”
编码方法为双相差分电平编码,简称DBPL编码。
图2DBPL编码
信号幅值:
信号幅值(120Ω阻性负载)
LEU输出端
500m电缆处
最小值
>14Vpp
>8.5Vpp
最大值
<18Vpp
<18Vpp
信号波形要求
接120Ω负载时,传输信号波形符合下面要求:
图3传输波形要求
参数
LEU输出端
500m电缆处
T
0.5/564.48kHz
0.5/564.48kHz
Tjitter
60ns
120ns
T1
0.6T
0.6T
V1
0.85Vnom
0.70Vnom
V2
1.15Vnom
1.15Vnom
地面有源应答器负载:
90Ω<|Z|<150Ω(0.2MHz~0.6MHz)
平均传输速率:
564.48Kbit/s
平均传输速率定义为1500连续数据位连续时间除1500。
平均传输速率精度:
误差<±200ppm
地面有源应答器接收速率和地面电子单元(LEU)发送速率相同。
当有源应答器被激活,在接口“C1”检测不到有效信号时,发送存放默认报文;一旦开始发送默认报文,即使接口“C1”恢复有效信号,有源应答器也一直发送默认报文。
接口“C4”
当应答器被激活时,应答器产生瞬间低输入阻抗,LEU检测到此信号后,在一定时间内不得转换输出报文。
连续时间
200us 应答器输入阻抗 信号触发时,应答器输入阻抗(8.82kHz): |Z|<15Ω 信号未触发时,应答器输入阻抗(8.82kHz): 150Ω<|Z|<300Ω 接口“C6” 信号波形及频率: 正弦波,8.820KHz±0.1KHz 信号幅值 LEU输出端 500m电缆处 信号幅度(170Ω阻性负载) 20.0~23.0Vpp 18.8~21.6Vpp 谐波 二次谐波应<-20dBc,高次谐波应<-40dBc(120Ω阻性负载,0.1~1MHz)。 15 报文编码 应答器报文编码详见ETCS应答器编/解码策略。 应答器报文分长格式和短格式两种类型。 报文格式 编码方法: BCH循环码 校验方法: 85bit循环冗余(BCH码) 同时方法: 块控制首部(BCH—BlocKControlHeader) 报文码长: 长格式1023bit,短格式341bit 可用码长: 长格式830bit,短格式210bit 报文结构 1 3 4 5 6 Sd用户报文 Cb控制码 Sb扰码 Esb修整码 BCH校验码 83*11=913bit或 21*11=231bit 3bit 12bit 10bit 85bit 用户报文: 由基础数据定义830(210)位应用报文。 Sd用户报文: 将用户报文由每10位转换为11位后sd用户报文 Cb控制码: cb=001 Sb扰码: 生成多项式: 选择扰码时应遵照由小到大标准。 Esb修整码: 额外修正数据位,该码依据用户数据来确定。 选择修整码时应遵照由小到大标准。 BCH校验码: 经过计算得到校验码 编码过程 步骤1: 将830(210)位应用报文按每10位分为一组,用一个全部位函数替换前10位 U’k1= Uimod210 步骤2: 选择12位扰码B,并对830(210)位数据加扰 加扰初始状态: S=(·B)mod232 图4数据加扰 步骤3: 将加扰后数据每10位为一组,并查表变换为11位长字(字母表见附录1) 步骤4: 选择10位修整码 步骤5: 产生85位校验码 校验码定义为: b84x84+...+b1x+b0=Rf(x)g(x)[bn-1xn-1+...+b85x85]+o(x) 其中多项式: f(x)、g(x)和o(x)和报文格式相关。 长格式多项式: fL(x)=x10+x9+x7+x6+x4+x3+x2+x+1 gL(x)=x75+x73+x72+x71+x67+x62+x61+x60+x57 +x56+x55+x52+x51+x49+x46+x45+x44+x43 +x41+x37+x35+x34+x33+x31+x30+x28+x26 +x24+x21+x17+x16+x15+x13+x12+x11+x9 +x4+x+1 短格式多项式: fS(x)=x10+x8+x7+x5+x3+x+1 gS(x)=x75+x72+x71+x70+x69+x68+x66+x65+x64 +x63+x60+x55+x54+x49+x47+x46+x45+x44 +x43+x42+x41+x39+x38+x37+x36+x34+x33 +x32+x31+x30+x27+x25+x22+x19+x17+x13 +x12+x11+x10+x6+x3+x+1 步骤6: 条件检验,产生报文需满足下面全部条件: 条件1: 字母表条件: 每个11位字应和附件1字母表相符合; 条件2: 同时偏离解析条件: 偏离一位时,连续符合字母表条件码字最多不能超出2个;其它情况下最多不能超出10个; 条件3: 汉明距检验(仅适适用于长格式报文),和341位后码字间汉明距最少为3;和341位后码字偏离1位、2位、3位汉明距最少为2; 条件4: 漏取样检验: 系数为2、4、8、16位漏取样时,连续符合字母表条件码字最多不能超出30个。 16 技术要求 设备技术要求 接口“A”和“C”数据传输是透明,每一数据位最大延时为10us,误码率应小于10-6。 应答器分为缩小尺寸应答器和标准尺寸应答器,对于缩小尺寸应答器,其有效基准区为200mmX390mm;标准尺寸应答器有效基准区为358mmX488mm。 当多个应答器组成应答器组时,ATP可对该应答器组分布式数据进行次序重组。 不管列车运行方向怎样,ATP均应能接收地面应答器数据信息,并依据应答器次序确定列车运行方向。 从目前应答器传输结束(应答器中心后1m)到其数据信息抵达接口“B”时间延时应小于Tn: Tn=100+△tn-1(ms)其中△t0=0;t0=0 当tn-1<100+△tn-2时,△tn-1=100+△tn-2-tn-1不然△tn-1=0 图5解码时间要求 应答器输入输出特征应符合下面指标(包含杂物覆盖和安装架影响): 图6应答器输入/输出特征 缩小尺寸应答器输入/输出指标: Iu1=40mA Iu2=64mA Iu3=200mA Iu3=200mA 非永久毁坏 Φd1=4.1nVs Φd2=6.5nVs Φd2=6.5nVs Φd4=130nVs Φd5=250nVs 标准尺寸应答器输入/输出指标: Iu1=25mA Iu2=40mA Iu3=125mA Iu3=125mA 非永久毁坏 Φd1=4.1nVs Φd2=6.5nVs Φd2=6.5nVs Φd4=130nVs Φd5=250nVs 应答器开启传输时间为150us,即当磁通量达成Φd1时,应答器应在150us内开始发送FSK调制数据。 应答器抗杂物能力,即在应答器上方放置物质而不影响数据传输,见下表。 材料 描述 在应答器上方厚度(mm) 水 清澈水 200 含0.5%NaCL(重量) 100 雪 新鲜雪,0℃ 300 部分融化雪(含水20%) 300 冰 无孔 100 道碴 石头 100 沙 干或湿 20 泥 无盐水 50 含0.5%盐水NaCL(重量) 50 铁矿石 铁燧岩 20 磁铁矿 20 铁粉 列车制动产生铁粉 10 煤粉 含8%硫磺 10 油及油脂 50 应答器最小作用范围: 横向安装 纵向安装 Z=220mm X=0mm Y=±200mm X=0mm Y=±250mm X=±250mm Y=0mm X=±200mm Y=0mm X=±200mm Y=±150mm X=±150mm Y=±200mm Z=460mm X=0mm Y=±350mm X=0mm Y=±350mm X=±350mm Y=0mm X=±350mm Y=0mm X=±300mm Y=±300mm X=300mm Y=±300mm 其中: X: 和钢轨平行轴 Y: 和钢轨成直角水平轴 Z: 垂直向上轴 在最小作用范围内,应答器产生磁场和基准磁场误差应在±1dB以内 在作用范围以外一定区域内,称为旁瓣区,此区域内可能发生应答器传输。 –1300mm 在Z=220mm平面内,旁瓣区磁场强度应比基准磁场强度小35dB(图7中C值)。 旁瓣区以外称为串音防护区,在此区域内不应发生数据传输,在Z=220mm平面内串音防护区磁场强度应比基准磁场强度小60dB(图7中D值)。 图7应答器磁场强度 安全标准 基础安全标准 CTCS技术规范安全标准适适用于应答器设备。 在生产及安装期间,要有经过认证质量确保体系以满足设备安全要求,并依据该体系对应答器设备设计、生产、试验等进行全程监测和测试。 安全信息传输要从信息源至信息终点全程遵照信号安全标准。 传输通道应含有高可靠、高安全和高可用性。 能够检测到信道质量不良引发传输错误,并采取对应安全方法。 全部信息内容全部有一定有效时间要求(地面无源应答器有效时间可视为无穷大)。 有源应答器数据要定时刷新或重写)。 已预告信息经过距离窗逻辑进行监测。 假如车载设备功率发送出现故障,要有对应安全方法(如限制或降级运行)。 假如传输信息不是预期信息,那么要尽可能地采取更严格数据处理方法。 能够检测到预期位置地面应答器故障和错误数据传输。 设计和制造 利用适宜物理定理 冗余设计(各个关键方面冗余,如: 信息冗余,电源冗余,结构冗余) 硬件功效检验(自动) 特殊软件设计方法 经过使用特殊测试或测试算法,对整个功效及过程结果进行检验 从多个信息处理通道对结果或中间结果相关性进行不停验证,杜绝故障倒向非安全 特殊生产及测试工具 经过同意合格原材料 元件筛选 故障处理 为预防出现危险故障,需要有故障排除及故障处理方法。 故障反应 只能接收导向安全故障,通常而言,假如出现故障,系统将导向安全侧,并降级使用。 设备安装 地面应答器须按设计位置安装,应答器周围应保持一定范围无金属(磁导体)空间。 应答器安装高度: 应答器基准标至钢轨顶部距离为93mm~150mm。 车载接收天线和地面应答器距离: 249mm~469mm。 在有护轮轨位置安装地面应答器时,应将护轮轨断开,并保持20mm以上间距。 同一应答器组中两个相邻地面应答器最小间距应满足下列要求: s≤180km/h时,d=2.3m; 180km/h<s≤300km/h时,d=3.0m; 300km/h<s≤500km/h时,d=5.0m; 其中,s=线路许可最大列车运行速度,d=最小安装距离。 同一应答器组中两个相邻地面应答器之间最大距离为12m。 地面应答器应尽可能安装在最小曲线半径大于300m线路上。 在一个应答器组中,最少应安装1个地面应答器,最多可安装8个地面应答器。 两应答器组之间最小安装间距为100m。 LEU和地面有源应答器间电缆最大长度应大于2.5km。 地面应答器安装应牢靠可靠、有一定防盗方法。 车载天线应安装在机车底部中心线位置,距轨面距离156-279mm,应有预防车载天线脱落方法。 两台车载天线安装间距最少为2m。 车载解码器和车载天线连接天线馈线要固定。 机车外部馈线应采取护管防护。 电磁兼容 应答器设备应符合EMI/EMC相关电磁兼容技术标准要求。 设备工作环境 环境温度 车载设备 车载解码器-25~+70℃ 车载天线-40~+70℃ 天线馈线-40~+70℃ 地面设备 地面应答器-40~+70℃ 电子单元(LEU)-40~+70℃ 相对湿度 室内设备小于90%(+25℃) 室外设备小于95%(+25℃) 机械应力 满足IEC721和EN50125中相关要求。 气象条件 满足IEC721和EN50125中相关要求。 化学条件 满足IEC721和EN50125中相关要求。 生物环境 满足IEC721和EN50125中相关要求。 破坏行为 满足IEC721和EN50125中相关要求。 使用寿命 大于20年 附件1: 八进制字母表 00101,00102,00103,00104,00105,00106,00107,00110,00111,00112, 00113,00114,00115,00116,00117,00120,00121,00122,00123,00124, 00125,00126,00127,00130,00131,00132,00133,00134,00135,00141, 00142,00143,00144,00145,00146,00147,00150,00151,00152,00153, 00154,00155,00156,00157,00160,00161,00162,00163,00164,00165, 00166,00167,00170,00171,00172,00173,00174,00175,00176,00201, 00206,00211,00214,00216,00217,00220,00222,00223,00224,00225, 00226,00231,00233,00244,00245,00246,00253,00257,00260,00261, 00272,00273,00274,00275,00276,00301,00303,00315,00317,00320, 00321,00332,00334,00341,00342,00343,00344,00346,00352,00353, 00357,00360,00374,00376,00401,00403,00404,00405,00406,00407, 00410,00411,00412,00413,00416,00417,00420,00424,00425,00426, 00427,00432,00433,00442,00443,00445,00456,00457,00460,00461, 00464,00465,00470,00471,00472,00474,00475,00476,00501,00502, 00503,00504,00505,00506,00507,00516,00517,00520,00521,00522, 00523,00524,00525,00530,00531,00532,00533,00534,00535,00544, 00545,00546,00547,00550,00551,00552,00553,00554,00555,00556, 00557,00560,00561,00562,00563,00571,00573,00576,00601,00602, 00604,00605,00610,00611,00612,00613,00614,00615,00616,00617
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