[发明专利]一种将钢轨作为轨道交通地面通信传输介质的通信方法

摘要

本发明涉及一种将钢轨作为轨道交通地面通信传输介质的通信方法，其特征在于该方法将在钢轨中传播的机械波作为数字通信媒介。所述装置包括用于激励机械波的具体为压电换能器装置、控制发送/接收的收发转换装置、功率放大装置、具有高速模拟量输入输出功能的嵌入式计算机。本发明专利能够针对不同温度、湿度和钢轨类型，自动寻找并选择使用最适合传导的机械波频率，具备较好的抗干扰能力，能实现更远距离的通信。此技术可应用到使用钢轨作为基本运输媒介的轨道交通运输系统中，使其无需安装额外的轨旁通信设备即可利用钢轨本身实现长距离通信功能，其具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

主权项

一种将钢轨(3)作为轨道交通地面通信传输介质的通信方法，其特征在于：该方法将在钢轨(3)中传播的机械波作为数字通信媒介，实现二进制数据包的串行通信功能；此技术可应用到使用钢轨作为基本运输媒介的轨道交通运输系统中，使其无需安装额外的轨旁通信设备即可利用钢轨本身实现长距离通信功能，也适用于利用其它适合机械波传播的导体本身实现通信功能；另外其主要步骤包括：1)在通信初始建立时，主节点先在一定频率范围内发送5秒慢扫频机械波，再监听5秒，这个过程一直循环，直到收到从节点的反馈信息；2)从节点记录10秒信号，以确保得到一次主节点扫频的完整数据，然后从节点通过这些数据搜索峰值频率，对所记录的信号寻找振幅最大值，并对该最大值附近的一小部分数据进行FFT计算以确定最优频率，通过这种扫频法即可找到当前最适合在钢轨中传播的机械波频率；在通信初始建立时，这个主节点扫频、从节点记录和搜寻的过程将不断重复，直到从节点在若干个记录周期里找到同样的最优频率，这样可以避免由于主节点信号包含的系统噪声对结果造成错误的影响；3)从节点在找到峰值频率后，将切换模式，把搜寻到的该频率机械波传送给主节点；从节点向主节点发送5个脉宽1秒，频率为峰值频率的蜂鸣声信号，这串蜂鸣信号是足够主节点在用于监听的5秒长的窗口静默时间内收到从节点发来的至少一个完整的脉宽信号；然后主节点对整个5秒的静默侦听的记录进行FIR滤波，寻找脉宽为1秒的蜂鸣信号，一旦主节点检测到脉宽1秒的蜂鸣信号，就意味着两个节点均知道了最佳通信频率；4)下一步就是主节点通知从节点停止发送蜂鸣信号，即主节点连续发送20秒脉宽为1秒的最优频率蜂鸣信号，使从节点在接收窗口时间内至少接收到一次该蜂鸣信号；从节点通过FIR滤波器处理该信号，当从节点检测到持续1秒的最优频率主节点蜂鸣后，停止发送从蜂鸣，至此，两端都知道了最优频率；当主节点发送20秒主蜂鸣后监听20秒，如果没有在20秒内收到从蜂鸣，则主节点就能确认从节点接收到了确认答复，即可转入数据传送状态；5)在数据传送阶段，节点之间的通信将会由二进制数据包组成，主节点将串行二进制数据转换为最优频率的脉冲声机械波信号，以固定时长为比特单位，发送最优频率机械波脉冲表示数值“1”，不发表示数值“0”；从节点在将接收到的机械波脉冲解码为数据包的同时计算信号强度，然后从节点向主节点发送反馈确认信号，告知“信息已收到”，反馈内容为向主节点发送最优频率的脉冲声机械波1个比特的信号；6)当环境温度、湿度发生改变时，最适合在钢轨中传播的机械波频率也会发生改变，因而系统需要能够自动适应环境温度、湿度的变化；当从节点收到的原最优频率机械波脉冲信号峰值有明显下降时，从节点通过将反馈确认信号加上或减去半个至若干赫兹指出最优频率的漂移；利用这种方法可以使从节点有效地对主节点发送的峰值频率产生质疑；主节点在收到从节点的频率质疑时将再次通过扫频流程确定新的最优机械波传导频率，实现频率微调。