[发明专利]一种分布式高铁沿线电磁干扰实时监测装置及其方法

说明书

一种分布式高铁沿线电磁干扰实时监测装置及其方法。以基于直调光源的光子射频采集前端在高速铁路沿线布置多个监测点，采集电磁信号并放大之后调制到不同波长的光载波上；结合波分复用模式通过光纤链路传输至中心站，然后经波分解复用器分成不同的信道，通过光开关实现时分复用处理：各信道在不同时隙输入到集中处理模块进行时域、频域分析和信息提取；进而实现高铁沿线电磁干扰监测与分类，尤其是针对高铁车地无线通信干扰的监测。本发明采用多点分布式采集和集中式处理，采用时域、频域同时检测，易于分辨图频、邻频等电磁干扰，对提升高速铁路运营安全和运行效率具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电磁干扰检测、微波光子学、高速铁路(或简称高铁)技术领域，尤其是高铁沿线的电磁干扰实时检测装置及方法。

背景技术

当前，高速铁路在全球(尤其在中国)得到了空前发展，截至到2017年底中国运营的高铁里程达到25000km。由于运行速度为300km/h及以上的高速列车控制、调度、通信通过无线通信来发送，因此可靠的车地无线通信对于高速铁路安全运行是至关重要的一环。面向高速铁路的车地无线通信主要有以下几种系统。在中国和欧洲，当前广泛应用的GSM-R系统(global system for mobile communication-railway，铁路数字移动通信系统，分配的频率范围是上行链路885-889MHz和下行链路930-934MHz)；以及包括正在研发和将来应用在高铁的LTE-R系统(long term evolution-railway)、毫米波系统等。

在面向高速铁路的车地无线通信中，上/下行链路频段内(如GSM-R系统的880-940MHz)会出现信道带内、邻频、非授权的电磁干扰。在电磁干扰和电磁袭击发生的情况下，高铁车地无线通信(如GSM-R、LTE-R系统)可能会被扰乱或者破坏；并且如果列车控制系统遭受干扰，高速行驶中的列车被迫降速或者停车，导致延误、堵塞，甚至更糟糕的事故发生。因此，高速铁路沿线的电磁干扰监测对于增强运行安全和工作效率来说非常紧要的。在传统上，高铁“空窗期”移动式清频的干扰监测方式，具有复杂、非实时性，严重降低了工作效率，不能实时监测，实时处理。

发明内容

本发明目的是提供一种系统易于集成、成本低、抗电磁干扰强的分布式的高铁沿线电磁干扰实时监测装置。

本发明的目的是这样实现的：一种分布式高铁沿线电磁干扰实时监测装置，该监测装置包括顺次级联的光子射频采集前端、波分复用器、光纤链路、波分解复用器、光开关、集中处理模块；其中，光子射频采集前端由顺次级联的天线、低噪放大器和直调激光器组成；集中处理模块由光电探测器、电信号频谱分析仪、高铁车地无线通信信号解调模块组成，后二者分别同时对光电探测器的输出信号进行频域和时域分析处理。

本发明的另一目的是提供一种系统易于集成、成本低、抗电磁干扰强的分布式的高铁沿线电磁干扰实时监测方法，旨在分布式采集高铁沿线的电磁信号，在中心站集中处理，并且使用光子辅助电磁干扰监测系统，成本低廉、抗干扰能力强，实时有效地监测高铁沿线电磁干扰。

本发明的又一目的是这样实现的：一种分布式的高铁沿线电磁干扰实时监测方法，具体监测步骤如下：首先在高铁沿线定点布置监测点组成分布式采集网络，在每个监测点安装光子射频采集前端：由天线采集电磁信号，经低噪放大器放大后进入到直调激光器，被调制到不同波长(如λ₁，…，λ_n，n为正整数，表示波长的总数)的光载波上；而后，将不同监测点处调制后的光信号经过波分复用器复用后，通过光纤链路远距离传输至中心站，进入到光纤链路远距离传输至中心站。然后在中心站，接收后的光信号经波分解复用器分成不同的信道，所有信道连接光开关实现时分复用，将不同信道分离在不同时间段，复用到一个信道中，进入集中处理模块：通过光电探测器将信道中的光信号拍频恢复出采集到的电磁信号，然后，基于频谱分析仪和GSM-R解调模块对恢复后电磁信号分析时域和频域信息，实时监测高铁沿线车地无线通信(如GSM-R、LTE-R系统)面临电磁干扰情况，并辨别干扰类型。