【正文】 ........................................................ 26 服務(wù)器和桌面客戶端技術(shù) ......................................................................................................................... 26 個人收獲與體會 .................................................................................................................................................. 28 參考資料 .............................................................................................................................................................. 29 1 第 1 章 項目概述 項目背景 近年來，多個路局報告了進(jìn)入維護(hù)期的二型車光纖網(wǎng)絡(luò)線路故障的事件。 以西安路局為例，就該問題做了故障統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如下： 序號 動車組列號 發(fā)生次數(shù) 1 CRH2036A 4 2 CRH2092C 20 3 CRH2093C 17 4 CRH2094C 3 5 CRH2096C 8 6 CRH2149C 20xx 年 6月 當(dāng)動車組發(fā)生恒速打閃問題以后，伴隨部分動車失流，如果長時間不能自復(fù)位，則列車速度將會下降，司機(jī)需要重新提手柄加速并恒速。因光纖隱蔽走線，且在地面測試光纖狀態(tài)性能均良好，故障僅在運(yùn)行期出現(xiàn)，因此不能鎖定光纖精確故障位置。當(dāng)前采取高級修時整體更換被懷疑車廂的車底光纜、連接器電鉤光纖模塊的辦法，更換過程中需要拆除LJB 箱、車鉤、輔助空壓機(jī)、空調(diào)等各種設(shè)備，且無法進(jìn)行責(zé)任判定。 項目來源 該 項目來自網(wǎng)新智能技術(shù)有限公司的真實項目，該項目用于解決多個路局的光信號故障問題。 光時域反射測距設(shè)計依據(jù) 光時域反射測距通過 使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。 瑞利散射是由于光信號沿著光纖產(chǎn)生無規(guī)律的散射而形成 ，通過 測量回到 光時域反射 2 設(shè)備 端口的散射光 ，可 表明 因 光纖 引起 的衰減（損耗 /距離）程度。 若測試 形成的軌跡是一條向下的曲線，它說明了背向散射的功率不斷減小 （ 這是由于經(jīng)過一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號都有所損耗 ） 。 在 波長已知 情況下 ， 瑞利散射功率 與信號的脈沖寬度成比例：脈沖寬度越長，背向散 射功率就越強(qiáng)。瑞利散射的功率還與發(fā)射信號的波長有關(guān)，波長較短則功率較強(qiáng)。 如圖所示： 圖 131 瑞利散射 菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個別點而引起的，這些點是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點上，會有很強(qiáng)的背向散射光被反射回來。 光時域反射測試模塊 就 是 利用菲涅爾反射的信息來定位連接點，光纖終端或斷點。 如下圖分別表示了機(jī)械熔接、法蘭盤、連接器斷開造成的菲涅爾反射： 圖 132 機(jī)械熔接（ 1）、法蘭盤（ 2）和連接器（ 3）斷開造成的菲涅爾反射 光網(wǎng)絡(luò) 實時信號監(jiān)測模塊設(shè)計目標(biāo) 1) 性能指標(biāo) 3 ? 中心波長： 13l0nm177。 20nm ? 事件盲區(qū)：≤ ? 動態(tài)范圍： 35 / 33dB ? 衰減讀出分辨率： ? 群折射率設(shè)置范圍： ～ ? 光纖連接器： FC ? 單系統(tǒng)功耗： ≤ 30W ? 測距精度：光信號動態(tài)監(jiān)測精度： ≤ 。 2) 系統(tǒng)功能 ? 下位機(jī)設(shè)備實現(xiàn)光信號的獲取、解析、故障判定及故障信息上報，實時監(jiān)測上位機(jī)完成波形分析、光信號統(tǒng)計信息的獲取及在線故障判定。列車實時運(yùn)行中，一旦發(fā)現(xiàn)光信號的故障，即可實時獲取環(huán)境信息，并將故障信息傳輸給上位機(jī)，由上 位機(jī)分析后通過發(fā)送器發(fā)送給地面 GSM 接收機(jī)。 ? 故障通告內(nèi)容應(yīng)包括：光纖長度，事件故障點在光纖長度上所處的位置，光纖串聯(lián)中可能的故障器件，發(fā)生故障時列車行所處的經(jīng)度和緯度及故障發(fā)生時間（需在上位機(jī)中預(yù)植列車圖形化運(yùn)行線路）。 ? 所有故障信息通報信息在上位機(jī)保存。故障信息保存容量大于 1000 條，斷電后信息不丟失。地面終端可查取保存完畢的故障信息。 4 第 2 章 項目設(shè)計 項目總體設(shè)計 光網(wǎng)絡(luò)實時信號監(jiān)測系統(tǒng)包含 OTDR 模塊、 GSM 模塊、 GPS模塊、下位機(jī)管理模塊、實時監(jiān)測上位機(jī)模塊及電源模塊六大功能模塊。設(shè)計 方案如下圖所示。 圖 21 光網(wǎng)絡(luò)實時信號監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 其中： （ 1） OTDR 模塊：負(fù)責(zé)定位光路故障點，分析故障類型及故障產(chǎn)生的具體位置； （ 2） GSM模塊：負(fù)責(zé)將故障信息發(fā)送至地面接收端，并傳遞地面接收端的查詢信息； （ 3） GPS模塊：負(fù)責(zé)故障時獲取列車運(yùn)行地理位置信息； （ 4） 下位機(jī)管理模塊：負(fù)責(zé)總體接受和處理來自 OTDR、 GPS、 GSM 模塊數(shù)據(jù)，并保證各模塊的協(xié)同工作，對外輸出計算統(tǒng)計結(jié)果； （ 5） 實時監(jiān)測上位機(jī)模塊： 完成波形分析、光信號統(tǒng)計信息的獲取及在線故障判定； （ 6） 電源模塊：獨(dú)立供電，系統(tǒng)功耗 30W。 研究思路與技術(shù)路線 本設(shè)計里，主要通過實時監(jiān)測上位機(jī)與下位機(jī)設(shè)備完成系統(tǒng)功能，其中： （ 1） 下位機(jī)，實現(xiàn)設(shè)備光信號的獲取、解析、故障判定及故障信息上報； 5 （ 2） 實時監(jiān)測上位機(jī)，完成波形分析、光信號量的實時獲取與在線故障判定。 通過以上設(shè)計，可實現(xiàn)： 在列車實時運(yùn)行中，一旦發(fā)現(xiàn)光信號的故障，即可實時獲取環(huán)境信息，并將故障信息發(fā)送給地面 GSM 接收終端。 模塊選型與設(shè)計 系統(tǒng) 包括 AQ7275 OTDR 模塊 、 GSM 模塊、 GPS 模塊、下位機(jī)管理模塊、實時監(jiān)測上位機(jī)模塊及電源模塊?？傮w硬件架構(gòu)如下圖所示： 圖 23 總體硬件架構(gòu)圖 AQ7275 OTDR 模塊介紹 AQ7275 OTDR 模塊實際包含了 OTDR 接口、濾波、合波等，其功能可簡記如下： 圖 231 光信號處理示例圖 模塊功能說明： 1) OTDR 接口。包括激光器發(fā)射輸出與反射光 輸入，測試接口與 WDM 對接。 2) 激光器控制電路。負(fù)責(zé)激光器的打開與關(guān)閉，同時可以控制激光器的工作電路。 OTDR接口 光設(shè)備（ TX ） W DM 激光器 數(shù)據(jù)采集 F P G A DS P 外部 電路 OU T 光路部分 信號發(fā)收 信號處理 協(xié)同處理 6 3) 數(shù)據(jù)采集電路。負(fù)責(zé)將反射回來的光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號。 4) FPGA。根據(jù) DSP的命令控制激光器開與關(guān)，同時收集數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)字信號，在內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，并提供給 DSP。 5) DSP。根據(jù)命令控制 FPGA，向 FPGA 讀取數(shù)據(jù)，并按 OTDR 算法處理數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果發(fā)送到外部電路。 外部接口電路。外接通信處理單元。 GSM模塊設(shè)計 工業(yè)級雙頻 GSM/GPRS 模塊，工作頻段雙頻： 900/1800MHz， 可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS（短信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸，支持基站定位功能。 項目 特性 工作頻段 EGSM900MHz/DCS 1800Mhz 自動搜索 2 個頻段 發(fā)射功率 Class4（ 2w） @EGSM 900M Class1（ 1w） @DCS 1800M GPRS 連接特性 GPRS mltislot class 10/8 GPRS mobile station class B/CC GPRS 數(shù)據(jù)特性 下行傳輸特性：最大 上行傳輸特性：最大 編碼格式： CS CS CS3和 CS4 支持通常用于 PPP 連接的 PAP 協(xié)議 內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議，支持 TCP/UDP 通信，支持 FTP/HTTP 服務(wù) 支持分組廣播控制信道（ PBCCH） 支持 CSD(電路交換 )傳輸速率： 支持非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（ USSD） 音頻特性 支持 Half Rate、 Full Rate、 Enhanced Full Rate、 Adaptive mutirate 等編碼模式 支持回音消除功能 支持噪聲抑制功能 短信（ SMS） 支持 MT/MO/CB/TEXT 和 PDU模式 短信存儲設(shè)備： SIM 卡 7 工作溫度 40~+85176。 C GPS模塊設(shè)計 GPS 模塊具有 50 個通道，追蹤靈敏度高達(dá) 161dBm,測量輸出頻率最高可達(dá) 5Hz。 項目 特性 接口特性 TTL，兼容 接收特性 50 通道， GPS L1() C/A 碼， SBAS： WAAS/EGNOS/MSAS 定位精度 (SBAS:) 更新速率 最大 5Hz 捕獲時間 冷啟動： 27s（最快） 溫啟動： 27s 熱啟動： 1S 捕獲追蹤 靈敏度 161dBm 通信協(xié)議 NMEA(默認(rèn) )/UBX Binary 串口通信波特率 4800、 9600、 38400(默認(rèn) )、 57600 下位機(jī)管理模塊設(shè)計 光信號處理模塊實現(xiàn)了光信號物理層的解析，而通信與實時監(jiān)測模塊則完成光信號量的實時獲取與故障判定。 下位機(jī)管理模塊通過與 FPGA 及 DSP 模塊進(jìn)行通訊，采用濾波技術(shù)濾除檢測期間無用信息，根據(jù)實際現(xiàn)場需要實時獲取各類狀態(tài)數(shù)據(jù)，并給出故障判定。一旦檢測到光纖工作異常，記錄當(dāng)前的時間和列車運(yùn)行的地點，并且將這些信息數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。 模塊 的抗傳導(dǎo)、靜電放電、浪涌抗擾度等 EMC 性能均經(jīng)過專業(yè)測試，并參照鐵路交通應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，可適應(yīng)與列車的特殊工況。 實時監(jiān)測上位機(jī)模塊設(shè)計 實時監(jiān)測上位機(jī)完成波形分析、光信號統(tǒng)計信息的獲取及在線故障判定。列車實時運(yùn) 8 行中，一旦發(fā)現(xiàn)光信號的故障，即可實時獲取環(huán)境信息，并將故障信息發(fā)送給地面 GSM 接收終端。 故障通告內(nèi)容應(yīng)包括：光纖長度，事件故障點在光纖長度上所處的位置，光纖串聯(lián)中可能的故障器件，發(fā)生故障時列車行所處的經(jīng)度和緯度及故障發(fā)生時間、速度（需在上位機(jī)中預(yù)植列車圖形化運(yùn)行線路）。 所有故障信息通報信 息在上位機(jī)保存。故障信息保存容量大于 1000 條，斷電后信息不丟失。地面終端可查取保存完畢的故障信息。 上位機(jī)通過網(wǎng)口與 OTDR 設(shè)備連接，并實時傳輸數(shù)據(jù)。 電源模塊設(shè)計 無需車廂額外供電，通過外部自帶模塊對系統(tǒng)進(jìn)行供電。電源模塊金屬六面屏蔽封