无线列调场强测试系统的研究与开发

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无线列调场强测试系统的研究与开发
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦｉｅｌｄＳｔｒｅｎｇｔｈＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＤｅｖｉｃｅｆｏｒＲａｉｌｗａｙＷｉｒｅｌｅｓｓＤｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
作者姓名
学科、专业
学号
指导教师
完成同期
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大连理工大学
ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

大连理工大学专业学位硕士学位论文
摘要
无线列调场强测试系统是针对铁路不同线路（主、支线）、不同区段（电化、非电
化）、不同的制式（Ａ、Ｂ、Ｃ制式）的技术标准【ｌ】，按照铁路大提速的要求和铁道部ＴＢ／Ｔ
颁发的３０５２—２００２技术标准而推出的测试手段【２】，满足铁路发展的要求，符合铁路发展
方向。无线列调场强测试系统主要用于对铁路沿线无线调度通信系统的场强分布进行实
时测试、处理、记录并按铁道部的有关标准生成标准存档文件和打印测试统计结果及相
应的报表。
无线列调场强自动测试系统主要包括车载（电务试验车）实时测试部分，机车遥控
编码器、车站译码器、车载测试软件、地面数据处理软件等。车载实时测试部分硬件主
要由车轮传感器、场强计、场强测试信号处理分配器、便携式计算机或台式计算机等组
成。通过车轮传感器确定机车在铁路线路上具体公里标位置，判别列车运行时的铁路公
里标位置，在自动测试过程中，电务试验车向被测车站电台发送ＩＤ控制编码，经车站
遥控译码器识别ＩＤ控制编码后，启动车站电台处于发射状态，发射时间由计算机控制，
同时进行该区间场强数据的收集处理，显示实时测试场强图，系统设备不影响现有设备
的正常使用，保证无线列调的可靠使用。
本系统充分考虑了列车速度、铁路里程定位和准确的场强测试数据处理，软件操作
界面友好，为广大的铁路科研工作者和现场维护人员提供了极好的科学手段。系统经过
在乌鲁木齐、上海等铁路局的７００多个铁路区间充分试验，系统性能稳定，操作简便，
减轻了人工操作的负担，各项技术指标符合铁道部无线列调的维护标准，该系统是拥有
自主知识产权的铁路通信测试技术，性能技术优异，使用方便，目前铁道部在全路推广
运用。
关键词：无线列调；场强；测试；数据处理

大连理工大学专业学位硕士学位论文
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦｉｅｌｄＳｔｒｅｎｇｔｈＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＤｅｖｉｃｅｆｏｒ
ＲａｉｌｗａｙＷｉｒｅｌｅｓｓＤｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｆｏｒｒａｉｌｗａｙｗｉｒｅｌｅｓｓｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｂｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｉｌｗａｙｌｉｎｅｓ（ｍａｉｎｌｉｎｅｓａｎｄｂｒａｎｃｈｌｉｎｅｓ），ｄｉｓｔｒｉｃｔｓ
（ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄａｎｄｎｏｎ—ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄｄｉｓｔｒｉｃｔｓ）ａｎｄｔｙｐｅｓ（ｔｙｐｅ—Ａ，ＢａｎｄＣ）．Ｉｔｃｏｎｆｏｒｍｓｔｏｔｈｅ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｒａｉｌｗａｙｓｐｅｅｄ—ｒａｉｓｉｎｇａｎｄｔｈｅＴＢ厂ｒ３０５２—２００２ｓｔａｎｄａｒｄ（ｉｓｓｕｅｄｂｙｔｈｅ
ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＲａｉｌｗａｙ）．Ｔｌｌｉｓｄｅｖｉｃｅｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｔｏｄｏｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｓｔ．ｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｒｅｃｏｒｄｔｈｅ
ｆｉｅｌｄｃｏｖｅｒａｇｅｏｆｒａｉｌｗａｙｗｉｒｅｌｅｓｓｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｌｏｎｇｔｈｅｔｒａｃｋ．Ａｒｃｈｉｖｅｄｆｉｌｅｓａｎｄ
ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｐｏｒｔｓＣａｎｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｄａｎｄｐｒｉｎｔｅｄｏｕｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆ
ＭＯＲ．
１１１ｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｏｎ－ｂｏａｒｄｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｓｔｓｕｂ—ｓｙｓｔｅｍ．ｏｎ－ｂｏａｒｄｒｅｍｏｔｅ
ｅｎｃｏｄｃｒ，ｓｔａｔｉｏｎｄｅｃｏｄｅｒ，ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｓｔｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｕｂ—ｓｙｓｔｅｍ．ｎｅ
ｈａｒｄｗａｒｅｏｆｏｎ－ｂｏａｒｄｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｓｔｓｕｂ—ｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｒｉｓｅｓａｎｏｐｔｉｃａｌｗｈｅｅｌｓｅｎｓｏｒ，ａｆｉｅｌｄ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅｔｅｒ．ａｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｄｏｐｔｅｒａｎｄａｌａｐｔｏｐｃｏｍｐｕｔｅｒｏｒＰＣ．１１１ｅｗｈｅｅｌ
ｓｅｎｓｏｒｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｔｒａｉｎｌｏｃａｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｔｒａｃｋａｎｄｔｏｊｕｄｇｅｔｈｅｔｒａｉｎｒｕｎｎｉｎｇ
ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ．Ｗ１１ｉｌｅｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇａｕｔｏｍａｔｉｃｔｅｓｔｒｅｍｏｔｅｌｙ，ｍｅｓｓａｇｅｗｉｔｌｌｓｔａｔｉｏｎＩＤ
ｗｉｌｌｂｅｓｅｎｔｔｏｔｈｅｒｉｇｈｔｓｔａｔｉｏｎｒａｄｉｏｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｔｅｓｔｅｄ．ＯｎｃｅｔｈｅＩＤｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅ
ｓｔａｔｉｏｎｄｅｃｏｄｅｒ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｒａｄｉｏｗｉｌｌｂｅｔｒｉｇｇｅｒｅｄｔｏｗｏｒｋｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ
ｓｔａｔｕｓ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｔｉｍｅｗｉｌｌｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｍｏｔｅｌｙｂｙｔｈｅｏｎ—ｂｏａｒｄｅｎｃｏｄｅｒ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ
ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄａｔａａｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｏｎ—ｂｏａｒｄｃｏｍｐｕｔｅｒＳｏｍｅｒｅｌａｔｅｄ
ｃｕｒｖｅｓａｎｄｈｉｓｔｏｇｒａｍａｒｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｗｉｌｌｎｏｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｎｏｒｍａｌ
ｗｏｒｋｏｆｔｈｅｒａｉｌｗａｙｗｉｒｅｌｅｓｓｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．
１１１ｅｔｒａｉｎｓｐｅｅｄ．ｒａｉｌｍｉｌｅａｇｅａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｆｕｌｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ａｃｃｕｒａｔｅｆｉｅｌｄ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＣａｎｂｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｓ
ｆｒｉｅｎｄｌｙ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓａｐｅｒｆｅｃｔｔｏｏｌｆｏｒｒａｉｌｗａｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ
ａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｓｔａｆｆｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎａｂｏｕｔ７００ｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆＵｒｕｍｑｉａｎｄ
ＳｈａｎｇｈａｉＲａｉｌｗａｙＢｕｒｅａｕｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ，ｅａｓｙ－ｔｏ－ｕｓｅａｎｄｍａｎ—ｈｏｕｒｓａｖｉｎｇ．
ＡｌｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＭＯＲ’Ｓｒｅｌａｔｅｄｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅ
ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓｆｕｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈｓｅｌｆ－ｏｗｎｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｉｓｂｅｉｎｇｗｉｄｅｌｙｄｅｐｌｏｙｅｄｔｏ
ｏｔｈｅｒｒａｉｌｗａｙｂｕｒｅａｕｓ．

无线列调场强测试系统研究与开发
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲａｉｌｗａｙＷｉｒｅｌｅｓｓＤｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＦｉｅｌｄＳｔｒｅｎｇｔｈ，Ｔｅｓｔ（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ），
ＤａｔａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

独创性说明
作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工
作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，
论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理
工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志
对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：上∞６・４

大连理工大学学位论文版权使用授权书
本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理］ｉ大学硕士、博士学位论文版
权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的
复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位
论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等
复制手段保存和汇编学位沦文。
作者签名
导师签名。
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五猛

大连理工大学专业学位硕士学位论文
引言
列车无线调度通信（以下简称：无线列调）是铁路运输的重要行车设备，是保障铁
路运输安全的重要手段，其性能的好坏将直接影响铁路运输的安全生产，而无线列调场
强覆盖是衡量无线列调系统质量的一个重要指标，无线通信易受铁路线路电磁环境、地
理形状、地物情况和天气气候等因素的影响【”，从而制约了其发挥更大的作用。针对不
同线路（主、支线）、不同区段（电化、非电化）、不同的制式（Ａ、Ｂ、Ｃ制式）铁道
部均有不同的质量技术标准。如何提供准确、便利的测试手段和报表汇总工具是我们根
据铁路现场的实际需要而从事本系统研究开发的根本出发点。由于无线传输方式受到如
此复杂环境的影响，因此我们很难预见系统的运作程度，事实上，很难通过理论计算得
出关于预期的覆盖范围的结谢４１，这正是实际场强测试的必要性。
目前铁道部已在全国范围内进行了五次大提速，全国各主要干线客运列车的速度己
提至１２０千米／ｄ＇时，京广、京哈、京沪等铁路干线的客运列车速度已达到１６０千米／ｄ＇
时，按照铁路第六次大提速计划，将在京哈、京沪、京广、陇海、兰新、胶济、武九、
浙赣等线路实施列车进一步提速，在这些线路的部分区段，客车运行时速将达到２００千
米水平。第六次提速后，全国铁路线路中有５３００多千米将达到时速２００千米。同时铁
道部计划自２００６年起新建３００千米／小时客运专线。随着列车高速化，传统的地面信号
已无法实现速高速列车的行车指挥，高速列车将更加依赖铁路无线通信技术，ＧＳＭ—Ｒ铁
路数字无线调度通信网络也即将在全路建立，它将全面监控列车的运行状态，地面指挥
中心通过列控命令指挥行车，处理突发事件，无线通信技术在铁路运输中将发挥越来越
大的作用。
保障铁路无线通信质量，重点是保证无线通信系统的场强覆盖，而场强测试技术尤
其关键，随着计算机技术、数据通信技术、数据采集和处理技术、数据库技术的迅速发
展，为铁路无线场强测试提供了保障。特别是铁道部ＴＢ／Ｔ３０５２—２００２新标准的发布，
为场强测试提供了理论依据，乌鲁木齐铁路局与北京交通大学合作研究开发无线列调场
强测试系统，该系统性能稳定，操作简便，输出图表符合铁道部无线列调的维护标准。
为铁路无线通信的建设、改造、维护、管理等提供了强有力的现代化科学手段。

无线列调场强测试系统研究与开发
１系统概述
１．１无线列调在铁路中的运用
目前我国铁路主要采用１５０／４５０ＭＨｚ单双工兼容制列车无线列调通信系统，它是通
过安装在机车上的机车电台、安装在铁路沿线各站的车站电台和安装在调度所的无线调
度总机等组成铁路专用无线通信系统，构成机车司机、列车调度员、车站值班员、外勤
值班员及运转车长安全通信网，具有传送语音和数据功能。无线列调是铁路现代化、信
息化建设的基础，也是铁路实现列车大提速的必要手段，它加强了机车、车站、车长和
调度员之间的联系。对机车司机而言这就是机车的耳朵，司机可以随时同列车调度员和
车站值班员联系，动态掌握线路运行情况，对铁路的安全生产起着重要的作用。
无线列调作为重要的行车设施在铁路的全面运用，加速了机车的周转运用，提高了
铁路的运输效率，特别是在紧急情况下作为列车唯一的保命措施，是列车上无法替代的
安全保障设备。
１．２场强测试在铁路的作用
在铁路建设的过程中，需要为无线列调系统通信网络基础建设承担大量资金，由于
网络建设的巨大花费以及无线列调系统的特点，精确、有效的网络规划变得越来越重要。
而研究场强覆盖是网络规划的重要基础并直接决定了网络规划的精确性。
传播模型的研究可以分为两类：一类是建立在大量测试数据和经验公式基础上的实
测统计方法；一类是基于无线电传播理论的理论分析方法［５１。在传播模型的实测统计方
法中最著名的统计模型是Ｏｋｕｍｕｒａ模型【６］，它是Ｏｋｕｍｕｒａ以其在日本的大量测试数据为
基础统计出的以曲线图表示的传播模型。在Ｏｋｕｍｕｒａ模型的基础上，利用回归方法拟合
出便于计算机计算的解析经验公式，这些经验公式适用于１５０／４５０删ｚ单双工兼容制无
线列调通信系绀“。
基于无线电传播理论的理论分析方法可以描述为采用射线跟踪法分析电波传播并
通过理论计算来得出接收信号场强ｐＪ。
但在铁路建设中，不是以电波覆盖的范围来确定车站的位置，相反是在确定了车站
位置的前提下来提高场强覆盖，在实际铁路建设中基于经验和基于理论的场强模型方式
都得以运用【９】，但是由于铁路地形、地物和天气变化的影响，建设模型和实际的情况还
是有些差距Ｄｏ］，这就要求在铁路线路建设完毕后，必须对全部线路进行系统的场强测试，
精确了解无线列调场强的覆盖情况，具体确定盲区和弱区，并且对盲弱区进行补盲施工，
以达到全部线路的场强覆盖要求，为铁路运输提供可靠的通信保障。

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１．３本文的主要工作
目前国内的无线电场强测试工作主要由各省无线电管理委员会负责，各省的无线电
管理委员会通过对管内无线电的监测、检测、电波传播场强分析，移动运营商也进行无
线电场强测试工作，其目的有二，其一是在建立移动基站时的场强测试，保障场强覆盖
前提下使用较少的基站数量，其二是在基站建立后进行测试，掌握场强覆盖情况，为用
户提供便捷的移动服判“】。
无线列调在铁路广泛使用，为铁路运输安全做出了特别的贡献，进行场强测试，其
目的是对铁路沿线无线列调电波传播的接收电平进行实时测试、记录、处理，掌握无线
通信系统的场强覆盖，保障铁路无线列调通信质量。无线通信质量易受铁路线路电磁环
境、地理形状、天气气候等因素的影响，从而制约了其发挥更大的作用【１２Ｊ，多年以来，
铁路无线场强测试一直是一个难点。随着计算机技术、数据通信技术【”］、数据采集和
处理、数据库技术的迅速发展，为铁路无线场强测试提供了技术保障。特别是铁道部ＴＢ／Ｔ
３０５２—２００２新标准的发布，以及相关铁路技术政策和技术标准的出台，为场强测试提供
了理论依据。
立足于铁路发展的需求，按照铁道部的相关技术标准，我们在全路率先建立了无线
列调场强测试模型，利用铁路局的电务试验车安装车载测试系统，本系统主要由车轮传
感器、场强计、ＣＪ１场强测试信号处理分配器、便携式计算机等构成。系统通过车轮传
感器来达到铁路公里标的准确定位，场强仪的输出信号经过计算机数据处理，从而实现
场强精确测试。在本系统中，我们自主开发了场强信号处理分配器、遥控编码器和译码
器，自主开发了整套系统测试、分析软件，并提出了场强自动测试的理念。
本论文涉及内容现代通信技术、电波传播原理［１４１、计算机编程和自动控制技术等领
域。本文第一章介绍无线列调系统在铁路中的运用情况，对铁路专用无线通信系统有一
个基本的了解，介绍无线场强测试在铁路建设和维护中的作用。第二章介绍相关的基础
知识，介绍无线电波的频率划分、天馈线情况，分析了在电波传播中的衰落对无线列调
场强覆盖的影响。第三、四章分车载和地面两部分，从软件硬件两方面分析场强测试系
统，对其硬件电路构成和软件的流程进行设计。第五章为系统调试和运行和使用效果情
况。本文对从事铁路无线通信的建设、改造、管理者提供了强有力的科学手段。

无线列调场强测试系统研究与开发
２相关基础知识
２．１无线电波的传播
２．１．１无线电波频率
频率从几十赫兹（甚至更低）到３００００千兆赫左右（波长从几万千米到０．１毫米左
右）整个频谱范围内的电磁波，称为无线电波。发射天线或自然源辐射的无线电波，通
过介质或受到介质分界面的影响，而到达接收天线的过程，称为无线电波传播。无线电
波在介质或介质分界面的影响下，有被折射、反射、散射、绕射和吸收等现象，移动通
信接收点的无线电信号，有衰减和干扰出王见【１５］。
按照国家无线电管理委员会频率的整体划分原则，铁路无线列调系统使用的１５０Ｍｔｔｚ
和４５０ＭＨｚ两个频段的频率。波长不同的电磁波有不同的传播特性，１５０ＭＨｚ和４５０ＭＨｚ
分别为属于甚高频和微波频尉１６］，１５０ＭＨｚ甚高频频段除了低端还有可能被电离层反射
外，一般来说，甚高频将穿透电离层而不被反射。因此这一频段电波主要传播方式是视
线传播以及对流层和电离层的散射传播。在一定条件下，也可采用障碍绕射传播。而
４５０删ｚ微波波段的传播方式主要是视线传播，低端部分也有用对流层散射传播的【１‘”。
２．１．２无线电波的传播特性
通常认为电波的传播方式有以下几类【ｌ８】：
（１）直射波
它指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。
（２）多径反射波
指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。电波
的反射与折射都遵守光学的折射和反射定律。所以当电波由一种介质传播到另一种介质
时，在两种介质的分界面上，传播方向会发生变化，而产生反射和折射的现象。
（３）绕射波
从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。所谓
绕射就是，电波在传播过程当中具有绕过障碍物的能力。由于电波具有绕射能力，所以
能绕射过高低不平的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收端。因而有时在障碍物
的后面也能收到无线电信号。电波的绕射能力与波长有关系，波长越长，绕射能力越强；
波长越短，绕射能力越弱。
（４）散射波

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由空气中离子受激后二次发射所引起的漫反射后到达接收点的传播信号，其信号强
度最弱。
实际上，天线辐射出的电波所传播往往不是单一形式，即有地表波和天波等等，但
总是有一种方式为最主要的。在铁路移动通信的电波传播中，会受到频率、距离天线、
高度、地形、地物、地表等条件，以及季节、气候等许多因素影响，事实证明：其电波
传播的方式是直射、反射、绕射和散射的综合表现［１９１。
２．１．３无线电波在自由空间的传播计算
研究无线电波传播首先考虑理想情况下，即在自由空间内的传播情况。自由空间是
满足下述条件的一种理想空间：１．均匀无损耗的无限大空间，２．各项同性，３．电导
率为零，而仅仅考虑由于电波的扩散而引起的传播损耗。无线电波在自由空间的传播是
电波传播研究中最基本、最简单的一种。
应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，传输损耗Ｌｓ的表达式为：
Ｌｓ＝３２．４５＋２０ｌｇｆ（ＭＨｚ）＋２０ｌｇｄ（＾：ｍ）（２．１）
自由空间基本传输损耗Ｌｓ仅与频率ｆ和距离ｄ有关。当ｆ和ｄ扩大一倍时，Ｌｓ均
增加６ｄＢ。
这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受
到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成损柑２０１。
２．１．４无线电波的衰耗
上述移动通信的主要特点及其带来的传播上的特点，对接收点的信号会产生如下的
后果，即在传播上产生三类不同的损柑２”。
（１）路径传播损耗
实际上，电磁波离开天线后，便向四面八方扩散。电磁波会随着传播距离增加，能
量分布至越大的面积上。由于天线辐射总能量一定，距离天线的布置越远，其空间的电
磁场就越弱。假若发射天线放置在于自由空间中，若天线无方向性，则传播距离与电场
强度成反比。这种随着传播距离的增加使电场强度逐渐减弱的现象叫电波的衰减，它完
全是由于自由空间中电波传播时能量的扩散而引起的。它是指电波在空间传播所产生的
损耗，它反映了传播在宏观大范围（即公里量级）的空间距离上的接收信号电平平均值的
变化趋势。
一个全向天线发送的无线电波在传输时是以球面波的形式向四周扩散。所以当假设
在自由空间中传播时，我们可以有：

无线列调场强测试系统研究与开发
Ｌ＝（４月ｄｆ／ｃ）２（２．２）
Ｌ代表路径损耗，ｄ代表收发端的距离，ｆ代表无线电波频率，ｃ代表光速。
由上述说明可知无线电波由于传输方向上的不集中，绝大多数能量都没有达到接收
端。这和固定通信的情况有很大不同。
（２）慢衰落损耗
它是由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生
的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化
率较慢故又称为慢衰落，由于慢衰落表示接收信号的长期变化，所以又称长期衰落
（１０ｎｇ－ｔｅｒｍ．ｆａｄｉｎｇ）。一般认为慢衰落符合对数正态分布：
Ｐ协）＝（２ｚ刃）“５ｅｘｐ［－（ｍ—Ｍ）２／（２蠢）】（２．３）
式中ｏＬ为基于位置函数的标准方差，ｍ代表场强中值，单位是ｄＢ，Ｍ代表ｍ的均
值。
（３）快衰落损耗
它主要由于多径传播而产生的衰落，由于移动体周围有许多散射、反射和折射体，
引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快速的起伏
变化，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率
比慢衰落快，故称它为快衰落，由于快衰落表示接收信号的短期变化，所以又称短期衰
落（ｓｈｏｒｔ—ｔｅｒｍ—ｆａｄｉｎｇ）。
仔细划分快衰落又可分为以下三类：空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择
性衰落。所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率和不同的时间其衰落特性是不一样
的。由于快衰落是由多径传播引起的，所以先介绍多径的概念，再分别介绍三种快衰落。
①可分离的径
假设现在有两路信号分别是：
ｘＯ—Ｚ＂１）＝４２Ｐ１ｄ（ｔ—ｆ１）ｃＯ一『１）ｃｏｓｂｏＯ—ｆ１）＋妒Ｊ（２．４）
ｘｏ—ｆ：）＝２厩２ｄ（ｔ—ｒＯｃ（ｔ—ｒ：）ｃｏｓｂ。（ｆ—ｆ２）＋伊】（２．５）
式中，ｐｌ和ｐ２是信号功率，１ｌ和乜是多径时延，（ｐ是在（Ｏ，２ｎ）ｌＮ均匀分布的随机相
位，ｃ（ｔ）和ｄ（ｔ）代表扩频序列和发送的数据。假设全相关的情况下，扩频码的相关性十分
尖锐：

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肌）：１＿掣；Ｉ
ｒｌ－ｒ２旧（２６）
０ｌｑ—Ｔ２ｐ五
当两路信号的路径时延之差大于一个扩频码码片宽度时，我们认为两路信号是正交
的。所以可得到下式：
②空间选择性衰落
多径信号到达天线阵列的到达角度的展宽称为角度扩展。角度展宽给出信号的主要
能量的角度范围，产生空间选择性衰落。
空间选择性衰落用相干距离ＡＲ描述，
ＡＲ：兰（２．８）
∞
其中九为波长；【ｐ为天线扩散角。
相干距离为两根天线上的信道响应保持强相关时的最大空间距离。相干距离越短，
角度扩展越大；反之，相干距离越长，角度扩展越小。
接收天线距离小于相关距离，信号的相关性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干
距离，信号的相关性变差，信道呈空间选择性衰落。
③频率选择性衰落
假设发射端发射的是一个时间宽度极窄的脉冲信号，经过多径信道后，由于各信道
时延的不同，接收端接收到的信号为一串脉冲，即接收信号的波形比原脉冲展宽了。这
种由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。时延扩展产生频率选择性衰落。
频率选择性衰落用相干带宽ＡＦ描述，
胛：—ｌ＿（２．９）
２砖
其中△为时延扩展。
相干带宽为信道在两个频移处的频率响应保持强相关时的最大频率差。相干带宽越
小，时延扩展越大；反之，相干带宽约大，时延扩展越小。
传输带宽小于相干带宽，信号的相关性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干带宽，
信号的相关性变差，信道呈频率选择性衰落。

无线列调场强测试系统研究与开发
另一个常用的描述多径时延扩展的参数是最大时延扩展△Ｔｎ（ｘｄＢ），定义为比直达信
号功率下降ｘｄＢ的多径信号的相对时延。不存在直达信号的情况下，可以是最强的多径
信号的功率。
④时间选择性衰落
由于移动用户与基站的相对运动，每个多径波都会有一个明显的频率移动。由运动
引起的接收信号频率的移动称为多普勒频移ｆｄ，它与移动用户的运动速度成正比。
厶＝二．ｃｏｓ３（２．１０）＾
其中ｖ为移动台的运动速度；九为无线电波长；０为电波和移动台运动的夹角。
多普勒扩展是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程的频率扩散，又称时间选择
性衰落。时间选择性衰落用相干时间ＡＴ描述，
ＡＴ：土（２．１１、
曰
其中Ｂ为最大多普勒频移。
相干时间为两个瞬时时间的信道冲激响应保持强相关时的最大时间间隔。相干时间
越小，多普勒频移越大；反之，相干时间越大，多普勒频移越小。
取样时间间隔小于相干时间，信号的相关性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干
时间，信号的相关性变差，信道呈时间选择性衰落。
⑤瑞利衰落
在移动通信信道中，由于基站和移动台之间的反射体、散射体和折射体的数量是相
当多的，所以信道的冲激响应表示如下：
ｈ（Ｏ＝∑ＡｔＳ（ｖ—ｆ，）Ｐ埘（２．１２）１＝１
式（１１）中Ｌ代表到达的多径的径数；
Ａｌ代表第ｌ条路径的信号幅度；
ｔｌ代表第ｌ条路径相对第一条路径（ｆ＝０）的时延：
Ｑｌ代表第ｌ条路径的信号相位。
当径数较多时，可假设没有直射信道，因此信道的冲激响应ｈ∞可以看成一个复高
斯过程，其包络的值Ａ符合瑞利分布：

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剐）：暑ｅ吾，ｏ＜爿＜ｏ。
（２．１３）
信号包络的均值为√兹，方差为孑。
相位Ｑ符合均匀分布的，即：
ｐ（≯）＝瓦１，。≤妒≤２ｚ
（２．１４）
此种信道被称为瑞利信道。
⑥莱斯分布
当移动台与基站间存在直射波信号时，即有一条主路径，通过主路径传输过来被接
收的信号为一个稳定幅度Ａｋ和相位北，其余多径传输过来的信号仍如上面“瑞利衰落
概率模型”所述。这种情况下，其包络的值Ａ的概率分布是莱斯分布：
剐）＝吾ｅｘｐ（一等乩（争，０＜爪ｏ。
（２・１５）
式中ＩｏＯ为第一类修正贝赛尔函数，此种信道被称为莱斯信道。
２．１．５电波传播的效应
根据电报传播上的特点，对接收点的信号将会产生三种效应［２２－２３］。
（１）阴影效应
移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接
收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接
收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。
（２）远近效应
由于接收用户的随机移动性，移动用户与车站台的距离也是在随机的变化，若各用
户发射功率一样，那么到达车站的信号强弱不同，离车站近信号强，离车站远信号较弱。
通信系统的非线性则进一步加重，会出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常
称这类现象为远近效应。由于铁路无线列调使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突
出。
（３）多普勒效应
它是由于接收的移动用户高速运动而引起传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与
用户的运动速度成正比。在铁路无线列调通信系统中，当列车静止不动时，接收信号是
由直射波和若干反射波合成的，如果不考虑时问变化和周围的环境变化，其幅度应为确

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定值；当列车运行时，接收的信号不论是直射波还是反射波均产生了多普勒频移量，使
接收信号发生驻波现象。接收信号衰落的快慢与列车运行的速度和工作频率有关，在地
形、地物比较复杂的铁路沿线，实测场强曲线大起大落，最大可达２０－－３０ｄＢ。
２．２天线原理
２．２．１天线的基本原理
天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。合理慎重地选用天
线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。各类无线电设备所要执行的任务虽
然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。任何无线电设备都是通过无线电波来
传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。所以，天线的第一个作用就是辐
射和接收电磁波，天线的另一个作用是“能量转换”。大家知道，发信机通过馈线送入
天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量
的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频
电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。反之在接收时，也是通过收
信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里
有一个转换效率问题。天线增益越高，则转换效率就越高。
２．２．２无线列调机车天线
在铁路无线列调通信系统中，车站电台的天线由于铁路线路走向、坡度等因素影响，
多采用高增益全向天线。无线列调机车电台由于机车的移动性决定其重要性，多采用全
向低增益天线，其主要特性如下：
（１）机车天线的方向性
天线对于空间不同的方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量
天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，
有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点
对多点通信的中心台。另外，我们可以采用一些技术使全向天线略带方向性，根据使用
现场地形的需要使方向图成为椭圆形、扇形、心形等，这样使天线的应用就更加灵活、
效率更加提高，定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向
天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
由于铁路线路地形复杂，线路的弯道多，高低起伏大，无线列调的机车电台天线采
用全向天线，无最大辐射方向。
（２）机车天线的驻波比

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天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形
成驻波。其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。它是检验馈线传输效率的依
据，电压驻波比与功率关系如下表（如表２．１所示）。在工作范围内，天线端口的电压
驻波比小于１．５，在工作频点的电压驻波比小于１．２，电压驻波比过大，将缩短天线距离，
而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放部分，影响通信系统正常工作。
表２．１电压驻波比与传输功率关系表
Ｔａｂ．２．１Ｉｋｌ撕ｏｎｏｆＶＳＷＲａＩｌｄｐｏｗｅｒ
电压驻波比１．０１．１１．２１．５２．０３．０
传输功率％１００９９．８９９．２９６．０８８．９７５．０
无线列调天线的输入阻抗为５０ｆｌ。在实际应用中ＶＳＷＲ通常小于１．２，传输效率不
小于９９．２％，保证信号的有效传输。
（３）机车天线的增益
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是无线列调天线最重
要的参数之一，一般来说增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平
面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，提高天线增
益就可以在确定方向上增大覆盖范围。表征天线增益的参数有ｄＢｄ和ｄＢｉ，ｄＢ。是相对于
点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的。ｄＢｄ相对于对称阵子天线的增益，
ｄＢｉ＝ｄＢｄ＋２．１５，相同的条件下增益越高电波传播的距离越远。
对铁路无线列调系统，一般车站电台天线采用高增益天线，机车电台天线采用低增
益天线。无线列调机车电台天线的增益通常为６—８ｄＢ：

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３无线列调场强测试系统设计
３．１系统设计要求
在无线列调通信系统中，机车电台的天线高度是５米左右，车站台和机车台之间的
传播路径很容易被山峰和移动台附近的建筑物、树木等阻挡，使得到接收天线的电波一
般为绕射和来自不同路径的反射。同时，机车台本身是在不断的移动之中，电波的绕射
和反射情况亦将随之变化，从而造成接收信号强度的完全随机变化，即形成所谓随空域
变化的慢衰落和随时域变化的快衰落。这些都给场强测试带来很大的困难。
无线列调场强测试系统是安装在电务试验车上，使用同运行列车完全一致的天线和
馈线，天线架设的高度、馈线的长度同列车相同，严格模拟运行机车的各种使用环境，
本系统通过对通过车站电台的场强测试，精确描述在铁路线路上各点的场强值，并且以
铁路公里标的形式生成测试图表。系统的设计要求如下：
系统硬件应满足以下技术条件：
（１）系统场强值测量误差不大于１ｄＢ
（２）数据采样精度
按时间间隔采样：ｌＯＯＯ－５０００次，秒
按距离间隔采样：１次／４ｅｍ
（３）距离测量误差不大于２％０
（４）满足列车的运行速度不小于２００千米／４＇时
系统车载测试软件设计应满足以下要求：
（１）系统参数初始设置（车轮直径、运行方向、电台制式、线路性质、初始里程，
测试频率等）；
（２）全路局各线路里程库的管理：输入、编辑、查询、打印；
（３）测试数据的实时处理；绘制显示测试曲线；
（３）测速测距并显示列车的当前位置与运行速度；
（４）里程标的修正．
系统地面数据处理系统软件功能包括：
（Ｉ）浏览测试数据文件；
（２）查询测试数据文件信息；
（３）汇总浏览编辑测试数据；
（４）打印全线测试数据及曲线；

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（５）按区段打印实时测试数据；
（６）按区段打印上下行汇总测试曲线；
（７）产生某一区段分析结果（合格线长、覆盖率、不合格地点及不合格原因等）
（８）打印场强测试分析统计表；
（９）打印场强资料汇总表。
３．１．１铁道部行业通信标准和规章
作为铁路运用的测试系统，在满足国标的基础上必须满足铁路行业标准，按照中华
人民共和国铁道部《铁路通信维护规则》（专用无线通信）铁运（２０００）５７号文件款要
求，无线列调场强覆盖范围标准如下：
Ａ制式的基地电台电台的电磁波覆盖范围一般不小于相邻电台之间距离的１／２，在
地形复杂地段应保持场强连续覆盖。
Ｂ、Ｃ制式的车站电台场强覆盖范围应不小于两相邻车站电台之间距离的１／２。
根据《铁路通信维护规则》要求，无线列调场强覆盖范围最小可用接收电平规定如
下：
（１）１５０ＭＨｚ频段非电气化区段
按９５％（在电波传播困难的区段允许采用９０％）的地点和时间概率，机车电台输
出端的电压信噪比不低于２０ｄＢ的条件下，其最小接收电平应不小于６ｄＢｕＶ。
（２）４５０ＭＨｚ频段非电气化区段
按９５％（在电波传播困难的区段允许采用９０％）的地点和时间概率，机车电台输
出端的电压信噪比不低于２０ｄＢ的条件下，其最小接收电平应不小于０ｄＢｕＶ。
（３）１５０ＭＨｚ频段电气化区段
按９５％（在电波传播困难的区段允许采用９０％）的地点和时间概率，机车电台输
出端的电压信噪比不低于２０ｄＢ的条件下，其最小接收电平应不小于２０ｄＢｕＶ
（４）４５０ＭＨｚ频段电气化区段
按９５％（在电波传播困难的区段允许采用９０％）的地点和时间概率，机车电台输
出端的电压信噪比不低于２０ｄＢ的条件下，其最小接收电平应不小于１０ｄＢｕＶ
中国人民共和国铁道行业标准ＴＢ厂ｒ３０５２．２００２《列车无线调度通信系统制式及主
要技术条件》对场强覆盖范围也提出要求如下：
两相邻车站电台场强应连续覆盖，车站电台的场强覆盖一般不应不小于两相邻电台
距离的１／２。地形复杂地段允许场强覆盖偏移，但应保证车站电台场强应覆盖连续并应
不小于３千米。本站电台的场强覆盖一般不宜超过邻站。

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其中：Ａ、Ｂ、Ｃ三种制式的电台是铁路为了不同的线路标准而定位区分的，其中Ａ
制式电台的功能最强，性能也最好，Ｃ制式的性能较低。通信概率是指移动台在无线覆
盖区边缘（或区内）进行满意通话（话音质量达到规定的要求）的成功概率，它包括位置概
率和时间概率。由于电气化铁路区段会产生电火花对通信形成极大的干扰，所以电气化
区段的标准要比非电气化区段标准高。
３．１．２里程准确定位
根据铁路的传统运用习惯，铁路是以线路公里数来定位的，格式为Ｋｘｘｘｘ＋ｙｙｙ，其
中ｘ为公里数，Ｙ为米数，如哈密车站表示为Ｋ１３３０＋９００。这就要求测试系统也必须以
铁路线路公里数来准确定位，由于某些线路的上下行线路长度不一致，列车通过各车站
道岔不一致等因素影响，列车运行时会导致定位发生细小偏差，所以在测试软件中必须
可以实时调整，以保证精确定位。
里程准确定位是测试工作的关键，本系统里程测量硬件利用８０脉冲／每圈的传感器
安装在车辆车轮上，通过１７９ｒ，／４ｅｍ，１０００－－５０００次／秒的脉冲取样，对计算机整形后的
车轮脉冲累计计算车辆行驶里程，再根据初始的线路公里数的设定，从而测定列车的当
前位置，并且可以在测试过程中实时调整里程数。
３．１．３列车速度
随着全路进行大规模列车提速，在京广线、京哈线、京沪线以及陇海线的旅客列车
的最高运行速度将达到２００千米／ｄ，时，按这个数据测算，若车轮的直径为９１８ｍｍ，传
感器每圈有８０个脉冲，那么两个脉冲的时间间隔为：
Ｔ＝０．９１８Ｘ３６００ＸⅡ／（２００Ｘ１０００Ｘ８０）＝６．４９Ｘ１０’４（秒）（３．１）
这对传感器的灵敏度提出很高要求，即能够在极短的时间内采集完整脉冲，同时随
着列车运行速度的提高，系统的重要部件Ａ／Ｄ转换数据板以及系统的处理器速度也要求
有相应反应速度，这也对测试系统整体性能提出更高要求。
根据铁路提速的要求，系统设计时必须考虑列车时速在２００千米以上。
３．１．４自动控发
场强自动测试部分是为了减少测试时的工作人员而特设的，传统的铁路场强测试时
每一个沿线小站都要安排一人，由工作人员控制车站电台的发射，从而完成场强测试，
所以每次测试都要耗费大量的人力和物力以及交通等。以乌鲁木齐铁路局南疆线为例，
从吐鲁番到库尔勒一共有７２个车站，全局进行场强测试时，每一个车站的工作人员必
须提前到位，有的车站甚至要提前一天到位，还有些车站要在临晨三、四点进行电台发

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射工作，非常不便，而测试工作是双向的，从库尔勒到吐鲁番也要进行这样安排，所以
这是一项耗时耗力的工作。
３．２场强测试系统的硬件实现
３．２．１系统硬件设计的总体思路
根据我国铁路无线列调系统的使用情况，本系统在满足上述技术条件的前提下，总
体思路为：
（１）在现有的设备基础上，不另加设备，即可实现自动控制地面电台的发射；
（２）系统要求有选址能力，以避免相邻电台的发射造成的同频干扰；
（３）在系统自动测试状态下，不影响原电台的正常工作。
３．２．２场强测试系统硬件电路
无线列调场强自动测试系统主要包括：车载实时测试部分，机车遥控编码器、车站
译码器、并辅之数据处理软件生成各种场强分布图、报表等。系统硬件主要由车轮传感
器、场强计、ｃＪ一１场强测试信号处理分配器、便携式计算机或台式机（带高速１２ｂｉｔｓＡ／Ｄ
变换卡、串口、并口）组成：系统连接电路图和实物图如图３．１和图３．２所示。
３通信电缆
一传虑器川Ｉ场强计
图３．１系统的连接方框图
Ｆｉｇ．３．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓ
ｌ！！：！里
（串行Ｋ］Ａ）
计算
（内置Ａ／Ｄ转换器）
坚眦
０
一打

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地面部分
站
图３．２系统连接图
Ｆｉｇ．３．２Ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｓ
３．２．３硬件电路原理及说明
从车轮传感器采集的与里程成一定比例的脉冲信号经过脉冲整形后，送到计算机触
发Ａ／Ｄ转换器和计数，计算机据此进行列车运行速度、线路里程的计算与显示，再根据
初始的线路公里数的设定，从而准确测定列车的当前线路公里数位置，以此作为横坐标。
地面车站电台发射后，车载的测试天线将前方车站的电波信号送到场强仪中，场强
测试仪的检波输出将测试的模拟信号输入场强测试信号处理分配器，信号处理分配器对
场强仪的测试信号采样后，按每４ｃｒｎ时间间隔，经串口电路向计算机发送一个测试数据。
计算机得到数字信号后，按每百米取样２５００次对场强数据按所铁道部要求的统计概率
进行数理统计、数据转换等运算进行数据处理，生成场强实际测试值，作为计算机的纵
坐标。
１６

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３．２．４自动测试的实现
由于铁路场强测试采用接近发射方式，也就是列车从本站发车后，前方站启动电台
发射，列车到达前方站后，前方站停止发射，下一车站启动发射，依次类推，循环往复。
本自动控制系统在列车即将到达前方车站时，由列车上的系统发射启动包含车站电台地
址码、启动发射、发射时长等信息的ＩＤ控制编码，车站电台的发射时间由系统根据列
车的运行速度、区间的长度自动算出后写入在列车的控制编码中，自动控制车站的发射
时间，一般设置为列车７０％区间通过时间，车站电台收ＩＤ过解码后，使车站电台处于
自动发射状态，同时系统自动生成下一站地址编码，实现自动控制。其他地面电台收不
到与本站相同的控制信号，所以其检波输出信号极低，只有噪声信号，无有效信号输出，
不进行发信工作。这样实现了自动控制，无需人工操作。节省大量的人力、财力，避免
了人为造成越区测试、整个区间的漏测、误测。特别是在繁忙干线，减少了对行车调度
的干扰。
（１）遥控编码和译码的实现
遥控编码：当需要某一电台发射时，由计算机的“发信控制”信号启动编码器，编
码器读入对应所选呼车站的ＩＤ码，并进行快速数字调频ＦＦＳＫ编码（包括信息编码和
信道差错控制编码），已编码的信号输入到机车电台的调制输入端，经机车电台调频发
射。
遥控译码：地面车站电台接收到ＦＦＳＫ数字调制信号后，经滤波、限幅、放大、整
形后译码，译码信号的地址信息若与本站地址信息相同，则控制电台发射，使列车对本
站进行无线列调场强测试。
由于系统中采用了高效的编码方式和可靠的传输协议，并采取了多种冗余校验措
旌，确保了信息的可靠传输、误码率极小，并对平时的无线列调使用无任何妨碍。
（２）自动控发时间的考虑
由于每个车站电台均有一个唯一的ＩＤ地址码，当地面电台收到自己的地址码后，
电台由守候状态转为发射状态，显然转到发射状态后，地面电台再无法接收任何信息，
包括车上要求“停止发射”的命令等，所以若无必要的措施，地面电台将永远处于发射
状态，因此应确定一个合适的发信时间，发信时间一到，电台应停止发信，转入守候状
态，但发信时间的长短影响到场强测试的准确。
发信时间太长：有可能出现越区发信，使地面电台在不该发信时继续发信，使在下
一个区间的场强叠加，造成场强测试的数据误差。
发信时间太短：又会在测试区间上造成空白区域，给数据处理带来困难。

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因此，对发信时间的控制，即不能太长，也不能太短。由于发射时间与列车运行速
度和区间的长度有关，所以在系统中发信时间由计算机根据当前列车的当前位置、运行
速度和区间长度自动算出，从而实现定时准确发射。
３．２．５场强测试信号处理分配器
在此测试系统中，信号处理分配器是非常关键的设备，现将其工作原理介绍如下：
（１）打开电源开关，信号处理分配器进行自检，在液晶显示屏上有有关本系统的版
本等信息的平移显示，然后显示稳定的信息：
说明系统处于等待与Ｐｃ机通信状态，主要是从Ｐｃ机获取如下信息：百米脉冲计数
值、车轮直径、增减标志（上下行标志）、初始里程等。用于运行速度的计算。分配器
正常工作时，提示信息如下；
注：①此例以直径为９１８．ＯＯｍ，每圈脉冲数为８０，百米脉冲数为２７７４，初始里程为
１０００．００千米为例，实际系统有所不同。
②可按“＞”、“＜”键改变数值（计数、初始里程）等；
③按“▲”“Ｖ”选择需改变的值
④正常通信时可不必改变。
（２）按“启动”按键启动ＣＪ一１场强测试信号处理分配器的运行。出现的画面为：
当列车运行时可测得其运行速度，而后面的脉冲计数值会改变。
（３）为了方便对实时测试软件进行验证，可按“自检”键启动自检功能输出脉冲，
而非从车轮传感器来的脉冲转发。

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（４）实际运行时场强测试信号处理分配器主要用于对从车轮传感器来的里程脉冲
信号进行整形处理后送计算机处理。
（５）前面板的说明：
①ＢＮＣ插座：
“场强”：用于连接场强计的场强信号；
“记录”：用于接磁记录仪或其它记录设备，与“场强”相连；
“脉冲”：用于接磁记录仪或其它记录设备；
②“亮度”旋钮用于调节液晶显示的背光强度；
③“电源”、“传感器”指示灯用于指示工作状态；
（６）后面板的说明：
①“输入选择”用于选择传感器的通道“Ｉ”或“ＩＩ”；
②“ＦＵＳＥ”为保险；
③“Ａ／Ｄ卡”（１５芯座）用于接计算机的Ａ／Ｏ转换卡；
④“通讯”（９芯头）用于接计算机的串行口；（ｃｏＭｌ）
⑤“传感器”（９芯座）接车轮传感器；

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４无线列调场强测试系统软件设计
场强测试系统软件由车载实时测试程序和地面数据处理程序组成，系统工作时先
由车载系统测得数据，过后再由地面程序对车载系统测量数据进行分析处理，它是由
计算机按照测试线路里程库的系统参数的配置（车轮直径、运行方向、电台制式、线
路性质、初始里程，测试频率等），根据铁路线路场强覆盖、维护电平、统计概率、
弱场等判别标准，采用限定样本区间统计法实时生成原始测试数据，通过对产生的数
据进行分类分析、粗大误差剔除等方法，确保测试数据的准确性；地面数据处理程序
对上、下行数据进行自动汇总，并进行分析，自动产生分析数据，可在屏幕上以所见
即所得的形式显示汇总曲线、统计报表、场强分布图等，并可根据需要打印有关报表、
生成上报的数据文件，便于存档和上报。
４．１不同场强概率的采样时间
实际无线信道的传播路径都包括直射波、地面反射波和散射波，接收到的合成场
强为各部分的矢量和：
Ｅ：‰ＩＩ．２ａ一芝ｑ。埘警Ｉ（４－１）
其中，Ｅｏ为直射波场强；ｎｉ，ｎ。分别为地面反射波和散射波的衰减系数；△
ｄｉ＝ｄｉ—ｄ，ｄ，ｄ，，ｄｉ分别为散射波、地面反射波和直射波的传播距离。
无线列调实时场强值是随位置和时间而变的随机量，因此微观地研究某一特定的场
强值没有多大的使用价值。所以我们经常用统计的方法来分析场强情况。最常用“场强
中值”概念，可近似地认为，场强中值是在一段距离Ｌ上的信号平均值。可用公式表达
为：
Ｐ（％）＝（ｔｌ＋ｔ２＋ｔ３）／Ｔ＝∑‘／ｒ（扛１一ｎ）（４．２）
用这些数值可以表示出某一地点的场强地点概率。不同的概率对应不同值。这就是
场强地点概率的意义和计算方法。时间概率场强值的概念和计算方法与之相似，它表示
在给定的时间内，高于某场强值的时间概率值。
系统软件设计的数学模型采用限定样本区间的统计法，它是广泛运用于点对点无
线通信电波传播的衰落特性进行统计分析和移动通信接收信号的统计中，其做法是：选
定一段限定的时间（或距离）长度，在该长度内接收的场强信号应包括大量的最大值和

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最小值以及一定数量的快衰落次数，从而可以以此区间作为被统计对象的集合样本。统
计结果反映场强慢衰落的变化。
列车与基站间存在直射波信号时，即有一条主路径，通过主路径传输过来被接收的
信号为一个稳定幅度Ａｋ和相位扯，其余多径传输过来的信号符合瑞利衰落概率模型。
这种情况下，其包络的值Ａ的概率分布是莱斯分布，根据对移动通信接收场强信号统
计特性的描述，在列车端接收到的场强信号概率密度为：
刚）＝暑ｅｘｐ（一等巩（等）Ｉｏ州～
（４．３）
式中Ｉｏ（）为第一类修正贝赛尔函数，此种信道被称为莱斯信道。
其概率密度函数的累积分布函数表示为：
Ｐ（ｙｏ≤Ｙ≤Ｙｏ＋△ｙ）＝Ｐ（ｒ）ｄｒ（４．４）
根据累积分布函数Ｐ（ｙ）：ｆ尸（ｙ坳，求对应存在的反函数，令ｙ扫）＝厂【ｐ场则对
应不同统计概率要求的接收场强值可根据累计概率分布计算为：
ｎｂ。ｓｐ）＝Ｉ＿．厂（ｐ净（４．５）
在这种计算统计中，人们通常比较关心中值（５０％）和（９０％）及（９５％）地点
概率的场强值，这可令ｐ＝Ｏ．５，０．９和Ｏ．９５，再通过积分得到。
限定样本区间统计法由于它选取的采样点较多，对每一个衰落信号都有多次采样，
因此它得到的统计结果，不但有５０％的地点统计概率，还可以根据使用者的需要，求
出９０％和９５％的地点统计概率。根据移动通信中接收所收到的信号的衰落情况及其分
表４．１４５０ＭＨｚ衰落持续时间表
Ｔａｂ．Ｔｈｅｓｃｈｅｄｕｌｅｏｆ４５０ＭＨｚｆａｄｉｎｇ

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根据表中的结果，要在场强信号的衰落周期内都有采样点，并统计出９５％概率饿
场强数值，采样间隔应为厘米级，这是数字化采样后进行统计的依据之一。
根据中华人民共和国铁道部《无线列调场强测试系统和设备的技术条件》规定：场
强测试中统计区间为百米，数据采集距离间隔为１次／４ｃｍ，也就是说在每百米的统计区
间内取样２５００次。
４．２测量数据的统计分析
为保证测试数据的准确性，通常对测试数据进行预处理，通常采用分类分析、粗
大误差剔除方法进行数据的编辑合成，方法原理介绍如下：
４．２．１分类分析
根据实际情况和统计业务的需要，对铁路沿线主要可以分为以下类型：
（１）平原线路（通信方向和铁路线路方向一致）；
（２）平原曲线类型（通信方向和铁路线路方向形成夹角）；
（３）丘陵地带线路；
（４）山区线路（包括有隧道的区段）；
在平原地带，当电波的方向和测试线路一致时，接收场强的变化和地形地物的变
化有很强的相关性，但当电波的方向和测试线路不一致时，它们之间的相关性相差很大。
在这种情况下进行分析时，必须进行分别处理。
山区和丘陵地带的情况比较复杂，在对这部分的资料进行分析时，还应根据系统
的配置分别处理，对装有区间中继设备和漏泄电缆的区段，应作单独统计分析。
４．２．２粗大误差剔除
在很多测试结果的数据中，对测试误差的剔除是一项必不可少的过程，这对进行下
一步的数据统计来说尤为重要。通过确定误差界限的准则，决定对原始记录数据的加工
处理及取舍。剔除误差的准则如下：
（１）在距离发射机１０００ｍ的范围内，接收信号低于部颁所规定的最小接收电平时，
视为过失误差；
（２）在距离前方站１０００ｍ的范围内，接收信号沿铁路线路呈递增趋势，同时高于部
颁所规定的最小接收电平２０ｄＢ时，视为过失误差：
（３）当场强曲线的变化梯度出现２５／百米的急剧变化，在持续一段时间后，又恢复
到原来的数值量级时，这段场强视为过失误差；

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（４）当接收信号随距离变化的曲线中呈周期性的衰落，且衰落宽度不足２００ｍ，衰
落后的电平不大于ＯｄＢ时，衰落点的数值视为过失误差；
（５）对测试数据进行一元线性回归后，回归方程为：Ｙ＝ａｘ＋６，此时的系数ａ的
符号反映了整条曲线随发射距离的增大所呈现的递增、递减或无变化的情况，当ａ≤０时，
它反映随距离的增加，测试场强呈下降趋势，当ａ≥０时表示随距离的增加场强也增加，
后一种情况不符合场强分布的规律，这段场强视为过失误差。
４．３车载实时测试程序
车载实时测试程序利用Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的多线程功能，实现实时的数据采样（根据
里程脉冲触发）、数据处理（主要是每１００ｍ对场强数据按所要求的统计概率进行数理
统计、Ａ／Ｄ数据转换等运算）两个线程的并发运行，从而大大减少了数据的存储量，又
保证的测试的可靠和实用。测试界面包括四个部分：
（１）菜单选择：里程库管理、软件说明
（２）快捷键按钮：“启动测试”、“停止测试”、“数据存盘”、“数据通信”、
“屏幕刷新”
（３）测试结果显示部分：用于显示实时测试并按铁道部的有关标准统计的场强信号
沿测试线路的分布情况。
（４）测试参数配置部分：可配置的测试参数包括：测试线路、初始里程、车轮直径、
统计概率、增减标志（上下行）、测试频率、维护电平、补偿电平、控发时间、存盘文
件、文件序号等。
（５）里程修正：用于精确调整列车当前公里标按钮。
车载实时测试程序操作原理：
车载实时测试软件由主程序、文档处理程序和试图处理程序三部分构成，启动测试
主程序显示如图４．１所示。