[发明专利]铁路信号电缆在线故障定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种铁路信号电缆在线故障定位系统及方法，系统包括MCU模块、FPGA模块以及信号调理及防护模块，所述MCU模块与所述FPGA模块连接，所述信号调理及防护模块的第一输入端与所述MCU模块连接，所述信号调理及防护模块的第二输入端与所述FPGA模块连接，所述信号调理及防护模块的输出端连接所述FPGA模块。本发明通过长度自适应方式解决了铁路信号电缆SSTDR在线故障定位测试应用中“最大可测电缆长度”与“故障定位精度”尖锐对立的矛盾，实现了长度自适应的远距离定位检测；采用了具有白噪声特性的伪随机序列扩频信号实现了铁路信号电缆的断路、短路等故障在线监测。本发明可广泛应用于电缆检测技术领域。

技术领域

本发明涉及电缆检测技术领域，尤其涉及一种铁路信号电缆在线故障定位系统及方法。

背景技术

铁路是国民经济的大动脉，铁路的技术设备运转犹如一台紧密配合的精密联动机，而铁路信号系统是铁路运行调度指挥、安全防护的重要基础设施，被誉为铁路行车的大脑、神经和耳目。铁路信号系统大量广泛地使用各类专用电缆(即铁路信号电缆)，铁路信号电缆的稳定运用直接涉及铁路行车的安全和效率。由于铁路信号电缆大多敷设在铁路沿线的地下，使用环境大多较恶劣，电缆出现老化损坏等故障无法避免；一旦出现电缆故障造成的影响面和损失往往较大，并且查找处理困难。因此，对铁路信号电缆的工况进行预警性测试及出现故障后的快速测试诊断(定位)和处理至为重要。

迄今已有多种电缆故障检测(定位)技术被提出，其中反射测量法因测量方法快捷、简易而成为首选技术，并广泛使用。反射测量法根据入射信号的不同可以分为：时域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)、频域反射法(Frequency DomainReflectometry,FDR)、时频域反射法(Time Frequency Domain Reflectometry,TFDR)、序列时域反射法(Sequence Time Domain Reflectometry,STDR)、扩频序列时域反射法(Spread Sequence Time Domain Reflectometry,SSTDR)和噪声域反射法(Noise DomainReflectometry,NDR)。根据入射信号和电缆中正常传输的信号是否会相互干扰，反射测量法又可分为“离线测试”和“在线测试”方法两大类。

要实现铁路信号电缆的故障的预警和快速测试诊断(定位)，必须采用“在线测试”模式，以保证实时监测、发现、诊断(定位)。经对分析铁路信号电缆既有传输的工作信号频谱分析和噪声环境分析，扩频时域反射法(Spread Sequence Time DomainReflectometry,SSTDR)是能满足铁路信号电缆断路/短路故障“在线测试”要求的较好的选择。

根据扩频序列时域反射法(SSTDR)测试原理：

SSTDR的最大测量距离为：

最小测量距离：

测量精度(测距分辨率)为

Δd＝|τ-t_i|c＝Δtc

以上三式中：N-伪随机序列的长度；

T_s-一个码片的持续时间，T_s＝1/f_s,f_s为码片速率；

c-测试信号(已知)在特定传输介质中的传播速度；

τ-相关运算峰值点对应的时间(时延估计值)；

t_i-系统延迟估计值。