一种双系热备冗余BTM设备、ATP主控单元及工作方法与流程

一种双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法
技术领域
1.本发明涉及轨道交通信号领域，特别涉及一种双系热备冗余btm设备(应答器传输设备)、atp(列车自动超速防护设备)主控单元及工作方法。


背景技术：

2.我国高速铁路的行车安全由ctcs(列车运行控制系统)保证。从ctcs-2开始，列车运行控制系统提供自动列车超速防护功能，其中atp设备是整个列控系统车载设备的核心，其根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。地面应答器为用于提供行车许可信息的地面设备，其包括无源应答器和有源应答器，无源应答器可提供闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息，有源应答器可提供临时限速和进路参数等信息。地面应答器所提供的信息通过车载设备中的btm设备传输给atp设备，btm设备对保障列车行车安全起到十分重要的作用。
3.btm设备包括btm主机和天线单元两部分，btm主机控制天线单元开启或关闭用于激活地面应答器的激活信号。当btm设备的天线单元经过地面应答器上方时，天线单元发出的激活信号会激活地面应答器。被激活的地面应答器通过上行链路信号将应答器报文发送给btm设备。btm设备接收到上行链路输入数据后，经过放大、滤波、解调、解码等操作，得到用户数据并传送给atp设备的主控单元(以下简称atp主控单元)。
4.在铁路信号系统中，从可用性和可靠性方面考虑，通常要求btm设备应为双系冗余，每一系btm设备包括一台btm主机和一个天线单元。由标准tb/t 3485—2017对串扰区的定义可知，两个天线单元之间的距离应在4.0米及以上。当不满足该条件时，同时只允许一个天线单元工作。为避免两个天线单元互相干扰，常见的工作方式为冷备，以开关控制每一系btm设备的电源，仅一系作为工作系btm设备上电工作，另一系为备份系btm设备。当工作系btm设备发生故障时，手动切换至备份系btm设备上电工作。而执行该操作需要停车，影响行车安全和线路运营效率。
5.为解决该问题，行业内也在研发热备冗余的btm设备。当前研制的热备冗余btm设备主要是两系btm设备的btm主机同时工作，但两系的天线单元不同时工作，其在上电时选择预设的一系天线单元作为工作天线单元工作，另一系天线单元为备份天线单元。工作天线单元正常则持续工作，只有在工作天线单元故障时才自动切换至备份天线单元。但是该方式存在缺点和隐患：天线单元里的功放模块是大功率器件，长时间持续使用容易导致其损坏，降低了btm设备的可靠性和可用性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法，能够基于设定实现每次开机交替使用天线单元，或在正常运行过程中根据atp主控单元的命令切换到其所指定的天线单元，通过控制天线单元的交替使用，能够延长其使用寿命，提高
btm设备的可靠性和可用性。
7.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
8.一种双系热备冗余btm设备，与atp主控单元连接，包括热备的a系btm和b系btm；其中，对于任一系btm：
9.包括天线单元和主处理单元，所述主处理单元分别与天线单元和atp主控单元连接，并通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接，其能够接收所述atp主控单元的控制命令，并按照其控制命令通过所述使能交叉控制线路控制任一系天线单元上电工作或下电不工作；
10.上电工作的所述天线单元与所经过的地面应答器通信，接收其发送的应答器报文处理后发送给主处理单元，主处理单元处理后发送给atp主控单元。
11.优选地，所述天线单元通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接，用于将所述天线单元输出的数据分别发送给两系主处理单元，从而实现其中一系天线单元故障时，两系主处理单元都能自另一系天线单元获得其输出的应答器报文；以及其中一系主处理单元故障时，另一系主处理单元仍然能自两系天线单元获得其输出的应答器报文。
12.优选地，所述天线单元包括功放模块，其通过两系供电使能交叉控制线路与两系主处理单元分别连接；
13.所述功放模块能够基于任一系供电使能交叉控制线路的供电使能信号，控制本体上电或下电，从而实现本天线单元的上电工作或下电不工作。
14.优选地，所述天线单元还包括用于收发无线通信信号的天线，所述功放模块与天线连接；
15.所述功放模块上电工作时，能够产生激活信号通过所述天线发射给所经过的地面应答器，以激活所述地面应答器；以及将所述天线接收到的被激活的地面应答器所发送的载有应答器报文的上行链路信号，经过滤波和放大后输出。
16.优选地，所述天线单元还包括与功放模块连接的解调模块，所述解调模块通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接；
17.所述解调模块将功放模块输出的经过滤波和放大的上行链路信号进行解调，生成基带码后通过本系数据传输交叉线路发送给两系主处理单元。
18.优选地，所述双系热备冗余btm设备还包括电源单元；
19.所述电源单元与功放模块连接，为所述功放模块供电。
20.优选地，所述主处理单元包括解码模块，所述解码模块通过本系数据传输交叉线路与本系天线单元的解调模块连接、通过他系数据传输交叉线路与他系天线单元的解调模块连接，用于自上电工作的天线单元的解调模块接收基带码，进行解码处理生成解码报文后输出。
21.优选地，所述主处理单元还包括通信模块，所述通信模块与解码模块和atp主控单元分别连接；
22.所述通信模块自解码模块接收解码报文，并打包为应答器报文用户数据发送给atp主控单元。
23.优选地，所述通信模块通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元的功放模块分别连接。
24.优选地，所述通信模块的工作状态包括init状态、ready状态、normal状态和fail状态。
25.优选地，所述通信模块能够对本系各模块和他系功放模块进行上电自检和定期在线自检，并将自检结果反馈所述atp主控单元。
26.优选地，所述atp主控单元的控制命令包括normal状态命令；
27.所述通信模块能够根据上电自检、定期在线自检情况和atp主控单元的normal状态命令切换不同的工作状态，并将当前工作状态反馈atp主控单元。
28.优选地，所述atp主控单元的控制命令包括指定主系命令；
29.所述通信模块能够在normal状态时根据atp主控单元的控制命令被指定为主系通信模块或备系通信模块，或者进行主备系通信模块的切换，其中，所述主系通信模块唯一。
30.优选地，所述atp主控单元的控制命令包括天线单元选择命令；
31.所述主系通信模块能够通过本系供电使能交叉控制线路，按照所述天线单元选择命令的指定，向两系天线单元的功放模块分别发送相应的供电使能信号，
32.使所述天线单元选择命令指定工作的天线单元上电工作，指定不工作的天线单元下电不工作；
33.或者，按照所述天线单元选择命令的指定使两系天线单元均上电工作，或者均下电不工作。
34.优选地，所述供电使能信号是正/负逻辑电平，分别用于实现上电和下电，或者相反。
35.优选地，当两系天线单元都上电工作并向所述解码模块发送了基带码时，
36.如果来自两系天线单元的所述基带码都成功解码为解码报文，所述解码模块只保留其中一份解码报文；
37.如果只有一系天线单元的所述基带码成功解码为解码报文，则所述解码模块只保留这份解码报文；
38.如果来自两系天线单元的所述基带码都解码失败时，则所述解码模块输出解码失败报警码。
39.优选地，当所述通信模块接收到解码模块的解码失败报警码时，所述通信模块通知atp主控单元，并将所述解码失败报警码记录在本地非易失性内存中。
40.优选地，所述通信模块与atp主控单元的通信采用安全通信协议。
41.一种atp主控单元，与上述任意一种双系热备冗余btm设备连接，其能够向所述双系热备冗余btm设备发送天线单元选择命令，使所述双系热备冗余btm设备切换其指定的天线单元。
42.优选地，所述atp主控单元还能够向所述双系热备冗余btm设备发送用于使通信模块进入normal状态的normal状态命令，以及用于指定主备系通信模块或切换主备系的指定主系命令。
43.优选地，所述天线单元选择命令包括能够实现指定其中一系天线单元工作、另一系天线单元不工作，指定两系天线单元均不工作，或者两系天线单元均工作的指令。
44.优选地，所述天线单元选择命令包括能够实现每次开机轮换使用不同系天线单元的功能的指令。
45.优选地，所述天线单元选择命令包括能够实现正常运行过程中定期切换工作系天线单元的功能的指令。
46.优选地，所述atp主控单元与双系热备冗余btm设备之间采用冗余通信总线进行通信。
47.一种双系热备冗余btm设备的工作方法，基于上述任意一种双系热备冗余btm设备实现，包括步骤：
48.s1、上电后，两系主处理单元进入init状态，分别对本系btm的各模块和他系功放模块进行上电自检；
49.上电自检通过后，该系主处理单元进入ready状态，否则进入fail状态。
50.优选地，还包括步骤：
51.s2、在ready状态下：
52.两系主处理单元执行定期在线自检，定期向atp主控单元发送当前工作状态和自检结果，定期在线自检与上电自检的内容相同；
53.定期在线自检通过后且接收到atp主控单元的normal状态命令时，该系主处理单元进入normal状态；
54.定期在线自检通过后但未接收到atp主控单元的normal状态命令时，该系主处理单元保持在ready状态；
55.在线自检失败时，该系主处理单元进入fail状态。
56.优选地，还包括步骤：
57.s3、在normal状态下：
58.根据atp主控单元的指定主系命令，被指定的主处理单元成为主系主处理单元，另一系主处理单元成为备系主处理单元；
59.主系主处理单元收到atp主控单元的天线单元选择命令后，控制对应的天线单元上电或下电；
60.主处理单元执行定期在线自检并定期向atp主控单元发送工作状态，定期在线自检与上电自检的内容相同；
61.定期在线自检通过的主处理单元保持在normal状态；否则进入fail状态；
62.atp主控单元根据两系主处理单元的状态进行主备系切换，使主系主处理单元始终为normal状态的主处理单元；
63.s4、fail状态的主处理单元切断其对atp主控单元的输出。
64.优选地，主处理单元在对其中一系功放模块执行上电自检或定期在线自检时，持续向该系功放模块发送使其上电的供电使能信号；以及，持续向另一系功放模块发送使其下电的供电使能信号。
65.优选地，两系主处理单元不同时对功放模块进行上电自检和定期在线自检，以免发生冲突。
66.优选地，两系主处理单元均处于ready状态时，在未执行定期在线自检期间控制两系功放模块同时下电。
67.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法，具有如下有益效果：
68.1、通过提供btm设备的天线单元的选择接口，支持每次开机轮换使用不同的天线单元，以及在正常运行过程中根据atp主控单元的命令切换到其所指定的天线单元，有利于延长btm设备的大功率器件的使用寿命；
69.2、通过atp主控单元下发控制命令，在无应答器的区间行车时，btm设备可以关闭两系btm设备的天线单元，能够延长btm设备的大功率器件的使用寿命，且达到节能的效果；
70.3、通过在btm设备和atp主控单元之间采用冗余通信总线进行通信的设计，以及在两系btm设备的天线单元和主处理单元之间采用交叉通信的设计，提高了btm设备的冗余度。
附图说明
71.图1为本发明的双系热备冗余btm设备的结构示意图；
72.图2为本发明的通信模块的状态机示意图。
具体实施方式
73.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
74.需要说明的是，在本发明中，诸如和等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
75.结合附图1～2，对本发明所提供的一种双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法进行详细说明。
76.附图1示出了本发明的双系热备冗余btm设备，其与本列车的atp主控单元连接、与所经过的地面应答器无线通信，用于接收所经过的地面应答器发送的应答器报文并经过处理后传送给atp主控单元。所述双系热备冗余btm设备包括热备的、完全一样的a系btm和b系btm，下面以其中一系btm为例进行详细描述：
77.每一系btm均包括：天线电源单元、天线单元和主处理单元。其中：
78.天线电源单元用于为天线单元供电。在一些实施例中，天线电源单元也可以只有一个，两系天线单元共用，但是可靠性不高，优选每系单独配备。
79.天线单元与天线电源单元连接(指本系天线电源单元与本系天线单元连接，文中如无特别指定，均指本系与本系连接)，并且天线单元与天线电源单元的连接能够受控通路或断路，实现天线单元的受控上电工作或下电不工作。上电的天线单元能够与所经过的地面应答器无线通信，在经过地面应答器时发送激活信号将其激活，并接收其通过上行链路
信号发送的应答器报文，经过滤波、放大、解调处理后生成基带码；并且，天线单元通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接(即a系天线单元通过a系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接，b系天线单元通过b系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接)，所生成的基带码通过本系数据传输交叉线路分别发送给两系主处理单元，实现天线单元数据输出的冗余备份。所述天线单元包括：
80.天线，用于收发无线通信信号。
81.功放模块，包括天线端口、数据输出端口、供电端口和供电使能端口；其中，天线端口与天线连接，供电端口与天线电源单元连接；所述功放模块能够基于供电使能端口所接收的供电使能信号，控制本体上电或下电，从而实现本天线单元的上电工作或下电不工作；以及，功放模块上电工作时，能够产生激活信号通过天线发射给所经过的地面应答器，以激活该地面应答器；以及将天线接收到的被激活的地面应答器所发送的载有应答器报文的上行链路信号，经过滤波和放大后输出至数据输出端口。
82.解调模块，包括解调输入端口和基带码输出端口，解调输入端口与功放模块的数据输出端口连接，基带码输出端口通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接；所述解调模块用于将功放模块输出的经过滤波和放大的上行链路信号进行解调，生成基带码后通过本系数据传输交叉线路发送给两系主处理单元。
83.如前述，主处理单元通过本系数据传输交叉线路与本系天线单元连接、通过他系数据传输交叉线路与他系天线单元连接(即a系主处理单元通过a系数据传输交叉线路与a系天线单元连接、通过b系数据传输交叉线路与b系天线单元连接；b系主处理单元通过b系数据传输交叉线路与b系天线单元连接、通过a系数据传输交叉线路与a系天线单元连接)，以及，主处理单元通过通信总线与atp主控单元连接；以及，主处理单元通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接(即a系主处理单元通过a系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接，b系主处理单元通过b系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接)。
84.主处理单元接受atp主控单元的控制命令，按照控制命令明确主备系主处理单元，以及主系主处理单元能够按照控制命令通过本系供电使能交叉控制线路向两系天线单元发送不同的供电使能信号，使atp主控单元指定的天线单元上电工作，另一系天线单元下电不工作；或者发送相同的供电使能信号，使两系天线单元均上电工作，或者均下电不工作；以及，通过所连接的本系数据传输交叉线路或他系数据传输交叉线路，自上电工作的天线单元接收基带码，再经过解码、打包处理后生成应答器报文用户数据发送给atp主控单元。其两系数据传输交叉线路的冗余设计，能够实现其中一系天线单元故障时，两系主处理单元都能自另一系天线单元获得其输出的应答器报文；以及其中一系主处理单元故障时，另一系主处理单元仍然能自两系天线单元获得其输出的应答器报文，具有高冗余度。
85.进一步，主处理单元包括：解码模块和通信模块；其中，
86.解码模块包括解码输入端口和解码输出端口，其解码输入端口通过本系数据传输交叉线路与本系天线单元的解调模块的基带码输出端口连接、通过他系数据传输交叉线路与他系天线单元的解调模块的基带码输出端口连接，用于自上电工作的天线单元的解调模块接收基带码，进行解码处理后生成解码报文发送至解码输出端口。其中，当经过同一地面应答器时发生了切换天线单元的情况，使两系天线单元都先后上电工作并发送了基带码
时，或者两系天线单元同时上电工作时，如果来自两系天线单元的基带码都成功解码为解码报文，解码模块只保留其中一份解码报文，例如只保留基于本系天线单元的基带码生成的解码报文；如果只有一系天线单元的基带码成功解码为解码报文，则解码模块只保留这份解码报文；如果来自两系天线单元的基带码都解码失败时，则解码模块向通信模块发送解码失败报警码。
87.通信模块包括通信输入端口、atp通信端口和供电控制端口；其中，通信输入端口与解码模块的解码输出端口连接，atp通信端口通过通信总线与atp主控单元通信，供电控制端口通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元的功放模块的供电使能端口分别连接。
88.所述通信模块自解码模块接收解码报文，并打包为应答器报文用户数据通过通信总线发送给atp主控单元；其中，由于应答器报文用户数据是安全相关的，所以通信模块与atp主控单元的通信采用安全通信协议，比如rssp-i通信协议；当通信模块接收到解码模块的解码失败报警码时，通信模块通知atp主控单元该事件，并将解码失败报警码记录在本地非易失性内存中。
89.并且，所述通信模块能够对本系各模块和他系功放模块进行上电自检和定期在线自检，并将自检结果反馈atp主控单元；能够自atp主控单元接收控制命令，并根据上电自检、定期在线自检情况和atp主控单元的控制命令切换不同的工作状态，并将当前工作状态反馈atp主控单元；能够在normal状态时根据atp主控单元的控制命令被指定为主系或备系(主系唯一)，以及进行主备系切换；以及，主系通信模块能够根据atp主控单元的控制命令通过本系供电使能交叉控制线路向两系天线单元的功放模块分别发送不同的供电使能信号，使atp主控单元指定工作的天线单元上电工作，指定不工作的天线单元下电不工作；或者，主系通信模块也可以根据atp主控单元的控制命令发送相同的供电使能信号，使两系天线单元均上电工作，或者均下电不工作。工作常态为仅有一系上电、另一系下电，以防止功放模块损耗，但在特殊情况下可以设置两系均上电或两系均下电，能够灵活满足各种特殊场景的需要：例如在无应答器的区间行车时，可以同时关闭两系天线单元，以延长功放模块的使用寿命，且达到节能的效果；例如在a、b系天线单元分列车头、车尾的情况时，可以设置两系同时工作，以增强系统安全程度。
90.进一步，通信模块的工作状态包括init状态、ready状态、normal状态和fail状态。atp主控单元的控制命令包括：天线单元选择命令、normal状态命令和指定主系命令；其中，所述天线单元选择命令用于指定两系天线单元的上电或下电，能够实现a系上电b系下电、b系上电a系下电、两系均上电、两系均下电，以及每次开机轮换使用不同系的天线单元、正常运行过程中定期切换工作系天线单元(工作系天线单元指上电工作状态的天线单元)等功能；normal状态命令用于使通信模块进入normal状态；指定主系命令用于指定其中一系通信模块为主系通信模块、其所在的主处理单元为主系主处理单元，则另一系为备系。附图2示出了通信模块的状态机，下面结合附图2进行详细说明工作过程：
91.1、上电后，通信模块进入init状态，其对本系btm的各模块和他系功放模块进行上电自检。其中，在检测其中一系的功放模块时，通信模块持续向该系功放模块发送负逻辑电平的供电使能信号，使该系功放模块上电；以及，同时持续向另一系功放模块发送正逻辑电平的供电使能信号，使该系功放模块下电。两系通信模块不同时对功放模块进行上电自检，
以免发生冲突。上电自检通过后，通信模块进入ready状态；上电自检失败时，通信模块进入fail状态。
92.2、在ready状态下，通信模块执行定期在线自检，定期(如100ms)向atp主控单元发送当前工作状态和自检结果，定期在线自检与上电自检的内容相同。定期在线自检通过后且接收到atp主控单元的normal状态命令时，通信模块进入normal状态，常态为两系通信模块均处于normal状态，以具有更好的冗余度和可靠性；定期在线自检通过后但未接收到atp主控单元的normal状态命令时，通信模块保持在ready状态；在线自检失败时，通信模块进入fail状态。两系通信模块均处于ready状态时，在未执行定期在线自检期间向两系功放模块同时发送正逻辑电平的供电使能信号，使两系功放模块同时下电，以避免器件损耗，以及节能。
93.3、在normal状态下，根据atp主控单元的指定主系命令，被指定的通信模块成为主系通信模块、其所在的主处理单元成为主系主处理单元；另一系通信模块成为备系通信模块、其所在的主处理单元成为备系主处理单元。主系通信模块收到atp主控单元的天线单元选择命令后，根据该天线单元选择命令控制对应的天线单元上电或下电。例如天线单元选择命令指定仅a系天线单元工作，则通信模块持续向a系btm的功放模块发送负逻辑电平的供电使能信号，以及持续向b系btm的功放模块发送正逻辑电平的供电使能信号，使a系btm的功放模块上电，使b系btm的功放模块下电。在normal状态下，通信模块执行定期在线自检并定期(如100ms)向atp主控单元发送工作状态，定期在线自检与上电自检的内容相同。定期在线自检通过的通信模块保持在normal状态；否则进入fail状态。atp主控单元根据两系主处理单元的状态进行主备系切换，使主系主处理单元始终为normal状态的主处理单元。
94.4、在fail状态下，通信模块切断其对atp主控单元的输出。
95.另外，本发明还提供一种atp主控单元，与上述任意一种双系热备冗余btm设备连接，其能够向所述双系热备冗余btm设备发送天线单元选择命令，使所述双系热备冗余btm设备切换其指定的天线单元。其中，atp主控单元可以设置每次开机轮换使用不同的天线单元，以及可以设置在正常运行过程中定期切换天线单元，以免某一天线单元过度使用而损坏，有利于延长功放模块的使用寿命；另外，在无应答器的区间行车时，atp主控单元可以通过天线选择命令关闭两系天线单元，延长功放模块的使用寿命，且达到节能的效果。以及，还能够向所述双系热备冗余btm设备发送上述的normal状态命令和指定主系命令。
96.进一步，优选地，本发明的双系热备冗余btm设备与atp主控单元之间采用冗余通信总线进行通信，进一步提高冗余度。
97.另外，本发明还提供一种双系热备冗余btm设备天线单元的切换方法，基于上述任意一种双系热备冗余btm设备实现，包括步骤：
98.s1、上电后，两系主处理单元进入init状态，分别对本系btm的各模块和他系功放模块进行上电自检；上电自检通过后，该系主处理单元进入ready状态，否则进入fail状态。其中，在检测其中一系的功放模块时，执行上电自检的主处理单元持续向该系天线单元的功放模块发送负逻辑电平的供电使能信号，使该系功放模块上电；以及，同时持续向另一系天线单元的功放模块发送正逻辑电平的供电使能信号，使该系功放模块下电。两系主处理单元不同时对功放模块进行上电自检，以免发生冲突。
99.s2、在ready状态下，两系主处理单元执行定期在线自检，定期(如100ms)向atp主
控单元发送当前工作状态和自检结果；定期在线自检通过后且接收到atp主控单元的normal状态命令时，该系主处理单元进入normal状态，常态为两系主处理单元均处于normal状态，以具有更好的冗余度和可靠性；定期在线自检通过后但未接收到atp主控单元的normal状态命令时，主处理单元保持在ready状态；在线自检失败时，该系主处理单元进入fail状态。两系主处理单元均处于ready状态时，在未执行定期在线自检期间向两系功放模块同时发送正逻辑电平的供电使能信号，使两系功放模块同时下电，以避免器件损耗，以及节能。
100.s3、在normal状态下，根据atp主控单元的指定主系命令，被指定的主处理单元成为主系主处理单元，另一系主处理单元成为备系主处理单元。主系主处理单元收到atp主控单元的天线单元选择命令后，根据该天线单元选择命令控制对应的天线单元上电或下电。在normal状态下，两系主处理单元执行定期在线自检并定期(如100ms)向atp主控单元发送工作状态。定期在线自检通过的主处理单元保持在normal状态；否则进入fail状态。atp主控单元根据两系主处理单元的状态进行主备系切换，使主系主处理单元始终为normal状态的主处理单元。
101.其中，atp主控单元的天线单元选择命令可以设置为每次开机轮换使用不同的天线单元，以及可以设置为在正常运行过程中定期切换天线单元，以免某一系的天线单元过度使用而损坏，有利于延长功放模块的使用寿命；另外，所述天线选择命令可以包括在无应答器的区间行车时同时关闭两系天线单元，延长功放模块的使用寿命，且达到节能的效果。
102.s4、在fail状态下，该系主处理单元切断其对atp主控单元的输出，以确保安全。
103.综上所述，本发明提供的双系热备冗余btm设备、atp主控单元及工作方法，通过提供btm设备的天线单元的选择接口，支持每次开机轮换使用不同的天线单元，以及在正常运行过程中根据atp主控单元的命令切换到其所指定的天线单元，有利于延长btm设备的大功率器件的使用寿命；通过atp主控单元下发控制命令，在无应答器的区间行车时，btm设备可以关闭两系btm设备的天线单元，能够延长btm设备的大功率器件的使用寿命，且达到节能的效果；通过在btm设备和atp主控单元之间采用冗余通信总线进行通信的设计，以及在两系btm设备的天线单元和主处理单元之间采用交叉通信的设计，提高了btm设备的冗余度。
104.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种双系热备冗余btm设备，与atp主控单元连接，其特征在于，包括热备的a系btm和b系btm；其中，对于任一系btm：包括天线单元和主处理单元，所述主处理单元分别与天线单元和atp主控单元连接，并通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接，其能够接收所述atp主控单元的控制命令，并按照其控制命令通过所述使能交叉控制线路控制任一系天线单元上电工作或下电不工作；上电工作的所述天线单元与所经过的地面应答器通信，接收其发送的应答器报文处理后发送给主处理单元，主处理单元处理后发送给atp主控单元。2.如权利要求1所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述天线单元通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接，用于将所述天线单元输出的数据分别发送给两系主处理单元，从而实现其中一系天线单元故障时，两系主处理单元都能自另一系天线单元获得其输出的应答器报文；以及其中一系主处理单元故障时，另一系主处理单元仍然能自两系天线单元获得其输出的应答器报文。3.如权利要求2所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述天线单元包括功放模块，其通过两系供电使能交叉控制线路与两系主处理单元分别连接；所述功放模块能够基于任一系供电使能交叉控制线路的供电使能信号，控制本体上电或下电，从而实现本天线单元的上电工作或下电不工作。4.如权利要求3所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述天线单元还包括用于收发无线通信信号的天线，所述功放模块与天线连接；所述功放模块上电工作时，能够产生激活信号通过所述天线发射给所经过的地面应答器，以激活所述地面应答器；以及将所述天线接收到的被激活的地面应答器所发送的载有应答器报文的上行链路信号，经过滤波和放大后输出。5.如权利要求4所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述天线单元还包括与功放模块连接的解调模块，所述解调模块通过本系数据传输交叉线路与两系主处理单元分别连接；所述解调模块将功放模块输出的经过滤波和放大的上行链路信号进行解调，生成基带码后通过本系数据传输交叉线路发送给两系主处理单元。6.如权利要求3所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，还包括电源单元；所述电源单元与功放模块连接，为所述功放模块供电。7.如权利要求5所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述主处理单元包括解码模块，所述解码模块通过本系数据传输交叉线路与本系天线单元的解调模块连接、通过他系数据传输交叉线路与他系天线单元的解调模块连接，用于自上电工作的天线单元的解调模块接收基带码，进行解码处理生成解码报文后输出。8.如权利要求7所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述主处理单元还包括通信模块，所述通信模块与解码模块和atp主控单元分别连接；所述通信模块自解码模块接收解码报文，并打包为应答器报文用户数据发送给atp主控单元。9.如权利要求8所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，
所述通信模块通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元的功放模块分别连接。10.如权利要求9所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述通信模块的工作状态包括init状态、ready状态、normal状态和fail状态。11.如权利要求10所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述通信模块能够对本系各模块和他系功放模块进行上电自检和定期在线自检，并将自检结果反馈所述atp主控单元。12.如权利要求11所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述atp主控单元的控制命令包括normal状态命令；所述通信模块能够根据上电自检、定期在线自检情况和atp主控单元的normal状态命令切换不同的工作状态，并将当前工作状态反馈atp主控单元。13.如权利要求12所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述atp主控单元的控制命令包括指定主系命令；所述通信模块能够在normal状态时根据atp主控单元的控制命令被指定为主系通信模块或备系通信模块，或者进行主备系通信模块的切换，其中，所述主系通信模块唯一。14.如权利要求13所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述atp主控单元的控制命令包括天线单元选择命令；所述主系通信模块能够通过本系供电使能交叉控制线路，按照所述天线单元选择命令的指定，向两系天线单元的功放模块分别发送相应的供电使能信号，使所述天线单元选择命令指定工作的天线单元上电工作，指定不工作的天线单元下电不工作；或者，按照所述天线单元选择命令的指定使两系天线单元均上电工作，或者均下电不工作。15.如权利要求3所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述供电使能信号是正/负逻辑电平，分别用于实现上电和下电，或者相反。16.如权利要求8所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，当两系天线单元都上电工作并向所述解码模块发送了基带码时，如果来自两系天线单元的所述基带码都成功解码为解码报文，所述解码模块只保留其中一份解码报文；如果只有一系天线单元的所述基带码成功解码为解码报文，则所述解码模块只保留这份解码报文；如果来自两系天线单元的所述基带码都解码失败时，则所述解码模块输出解码失败报警码。17.如权利要求16所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，当所述通信模块接收到解码模块的解码失败报警码时，所述通信模块通知atp主控单元，并将所述解码失败报警码记录在本地非易失性内存中。18.如权利要求8所述的双系热备冗余btm设备，其特征在于，所述通信模块与atp主控单元的通信采用安全通信协议。19.一种atp主控单元，其特征在于，与如权利要求1～18中任意一项所述的双系热备冗余btm设备连接，其能够向所述双系热备冗余btm设备发送天线单元选择命令，使所述双系热备冗余btm设备切换其指定的天线单元。
20.如权利要求19所述的atp主控单元，其特征在于，还能够向所述双系热备冗余btm设备发送用于使通信模块进入normal状态的normal状态命令，以及用于指定主备系通信模块或切换主备系的指定主系命令。21.如权利要求19所述的atp主控单元，其特征在于，所述天线单元选择命令包括能够实现指定其中一系天线单元工作、另一系天线单元不工作，指定两系天线单元均不工作，或者两系天线单元均工作的指令。22.如权利要求19所述的atp主控单元，其特征在于，所述天线单元选择命令包括能够实现每次开机轮换使用不同系天线单元的功能的指令。23.如权利要求19所述的atp主控单元，其特征在于，所述天线单元选择命令包括能够实现正常运行过程中定期切换工作系天线单元的功能的指令。24.如权利要求19所述的atp主控单元，其特征在于，所述atp主控单元与双系热备冗余btm设备之间采用冗余通信总线进行通信。25.一种双系热备冗余btm设备的工作方法，其特征在于，基于如权利要求1～18中任意一项所述的双系热备冗余btm设备实现，包括步骤：s1、上电后，两系主处理单元进入init状态，分别对本系btm的各模块和他系功放模块进行上电自检；上电自检通过后，该系主处理单元进入ready状态，否则进入fail状态。26.如权利要求25所述的工作方法，其特征在于，还包括步骤：s2、在ready状态下：两系主处理单元执行定期在线自检，定期向atp主控单元发送当前工作状态和自检结果，定期在线自检与上电自检的内容相同；定期在线自检通过后且接收到atp主控单元的normal状态命令时，该系主处理单元进入normal状态；定期在线自检通过后但未接收到atp主控单元的normal状态命令时，该系主处理单元保持在ready状态；在线自检失败时，该系主处理单元进入fail状态。27.如权利要求26所述的工作方法，其特征在于，还包括步骤：s3、在normal状态下：根据atp主控单元的指定主系命令，被指定的主处理单元成为主系主处理单元，另一系主处理单元成为备系主处理单元；主系主处理单元收到atp主控单元的天线单元选择命令后，控制对应的天线单元上电或下电；主处理单元执行定期在线自检并定期向atp主控单元发送工作状态，定期在线自检与上电自检的内容相同；定期在线自检通过的主处理单元保持在normal状态；否则进入fail状态；atp主控单元根据两系主处理单元的状态进行主备系切换，使主系主处理单元始终为normal状态的主处理单元；
s4、fail状态的主处理单元切断其对atp主控单元的输出。28.如权利要求27所述的工作方法，其特征在于，主处理单元在对其中一系功放模块执行上电自检或定期在线自检时，持续向该系功放模块发送使其上电的供电使能信号；以及，持续向另一系功放模块发送使其下电的供电使能信号。29.如权利要求28所述的工作方法，其特征在于，两系主处理单元不同时对功放模块进行上电自检和定期在线自检，以免发生冲突。30.如权利要求26所述的工作方法，其特征在于，两系主处理单元均处于ready状态时，在未执行定期在线自检期间控制两系功放模块同时下电。

技术总结
本发明提供一种双系热备冗余BTM设备，与ATP主控单元连接，包括热备的A系BTM和B系BTM；其中，对于任一系BTM：包括天线单元和主处理单元，所述主处理单元分别与天线单元和ATP主控单元连接，并通过本系供电使能交叉控制线路与两系天线单元分别连接，其能够接收所述ATP主控单元的控制命令，并按照其控制命令通过所述使能交叉控制线路控制任一系天线单元上电工作或下电不工作；上电工作的所述天线单元与所经过的地面应答器通信，接收其发送的应答器报文处理后发送给主处理单元，主处理单元处理后发送给ATP主控单元。本发明能够控制天线单元交替使用，延长大功率器件的使用寿命，提高BTM设备的可靠性和可用性。设备的可靠性和可用性。设备的可靠性和可用性。


技术研发人员：周宇恒 耿进龙 冯虎 胡振华 陈宜航 张辉 李薇薇 张立鹏
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/3/10