弓网离线电弧对车载卫星导航接收机天线的电磁干扰机理研究

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现阶段,弓网离线放电已成为导致高速铁路信号系统电磁兼容问题的主要骚扰源之一。弓网离线放电产生的电磁噪声频谱可以覆盖几乎全部车载设备的工作频段。近年来发展迅速的卫星导航定位技术因其实时、高精度、全天候等特性而得到了广泛关注。鉴于卫星导航技术对比列车现有定位技术的优势,随着车载卫星导航技术的逐渐成熟,其在铁路领域的应用前景势必会更加广阔。以GPS天线为代表的车载卫星导航接收机天线作为本文所要研究的敏感设备,弓网离线放电噪声的频谱可覆盖其工作频段,对其造成干扰。但由于卫星导航技术在世界范围内并未成为主流的铁路定位技术,弓网离线电弧对其天线的干扰方面的研究并不丰富,此现状充分说明了本文选题的新颖性。本文首先用MATLAB仿真软件对Mayr电弧模型进行了仿真。之后以Mayr电弧模型为基础,对铁路供电系统进行简化,搭建了弓网离线放电模型并进行了仿真。仿真结果显示,弓网离线放电会产生较高频的电磁干扰,但远未达到GPS天线的工作频段。之后利用一种新型的高频大电流采集装置对模拟弓网离线放电的升降弓装置的离线放电电流信号进行了采集,并利用信号的时域和频域特性对一种弓网离线信号数学模型的参数进行了定量选取。以East Wave电磁仿真软件为平台建立了GPS天线模型、升降弓系统模型和真实尺寸的弓网模型,以弓网离线信号的数学模型为激励源进行仿真,探究天线端口接收到的干扰电流随距离以及接触线长度的变化特性。最后测试了升降弓离线放电信号的辐射噪声以及现场弓网离线辐射噪声,根据其频域分布看出,在卫星导航接收机天线工作的频段附近,弓网离线放电的幅值极低,很难对卫星导航接收机天线的正常工作产生影响。本文的主要创新点如下:一、本文从计算机仿真、实验室测试以及现场测试三个方面分别研究了弓网离线信号对卫星导航接收机天线的影响。二、本文根据工程实际,对一种弓网离线信号的数学模型进行了参数的定量选取。三、本文搭建了可模拟在不同工况但相同相位下的弓网离线放电的升降弓装置。根据电容感应原理,创新性地提出了一种用于采集升降弓系统放电信号的装置,并用宽频带天线采集了不同工况下的升降弓离线放电的辐射信号。以上研究内容对后续研究以及工程应用有一定的参考价值。
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