文 献 综 述
1 研究背景
近年来，我国的铁路建设飞速发展，在传统的以地面信号为主体信号的信号系统不能满足运输要求和保证行车安全的情况下，为了避免人控因素影响行车安全，现在的铁路必须以机车信号作为行车凭证。列控系统用于控制列车运行速度以保证行车安全和提高运输能力，具备了高速铁路行车时所需的以速度信息代替色灯信息、以车载信号作为行车凭证[1]、车载信号设备直接控制列车减速或停车这三大安全要求，为了适应我国铁路特殊的运营要求和线路特点，我国铁路必须采用列车运行控制系统。列控系统是铁道智能化的重要组成部分，已经普遍应用于高速铁路、既有铁路和城市轨道交通[2]。国外列车运行控制系统应用比较广泛，各种速度的铁路都有运用，现已投入使用的列控系统主要有法国TVM300或TVM430、日本铁路ATC、德国LZB80和欧洲ETCS（Europe Train Control System，欧洲列车运行控制系统）等系统，而我国制定了符合我国国情的列控系统———中国列车运行控制系统，简称CTCS（Chinese Train Control System）[3]。
应答器设备、轨道电路和无线传输是列控系统中车地传输的媒介。利用点式应答器设备提供新新传输的方式已经被广泛使用。在欧洲ETCS1级标准中用于提供全部控车信息，在欧洲ETCS2级中主要用于提供线路数据、切换点和里程标等辅助信息，也可用于ETCS其他级别。在CTCS系统中，应答器子系统利用无线感应原理在特定地点实现车-地间相互通信，为列车提供ATP所需要的各种点式信息，包括临时限速、进路长度、闭塞分区长度、坡度等，以确保列车在高速运行下的安全控制[4]。基于通信技术的无线传输列车控制系统摆脱了用轨道电路判别闭塞分区的占用情况，突破了固定闭塞的局限，采用了先进的计算机通信技术。
基于无线通信的列车自动控制系统(Communication Based Train Control System，简称CBTC)更是作为城市轨道交通核心的安全控制子系统，其开发遵从实验室验证到实际线路验证的研发流程。由于系统构成复杂，控制对象具有多目标、多模式、高速度等特点，研发前期阶段需要面向系统需求，最大限度地采用软件模仿仿真实际线路构建系统仿真实验环境。欧标应答器(Eurobalise)是依据ETCS标准规范开发而成的，广泛用于欧洲轨道交通信号系统中，近年来我国城市轨道交通CBTC系统普遍采用复合欧洲铁路标准的应答器设备完成列车位置校准、降级模式下列车授权报文发送等功能[5]。由于应答器设备的重要性、位置相关性且CBTC系统软件开发工作不可能始终在正式线路上进行，对应答器本身以及应答器读写器进行研究与仿真势在必行。
2 国内外研究现状
应答器技术在国外应用的比较早，最先是用于卫星中继系统和航空定位系统，后来被广泛引用到航海、军事系统中。铁路系统为了保证行车的安全在70年代引用了应答器技术。欧洲铁路联盟为了克服欧洲各国信号制式而制定了欧标铁路应答器的强制性相关技术规范，用以提高运输效率，降低运营成本[6]。20世纪80年代初，瑞典最早将应答器应用于铁路，后来法国、德国、日本等都相继采用应答器作为车-地之间点式通信的[7]。20世纪90年代，欧洲铁路联盟在制定欧洲列车控制系统(ETCS)技术规范的同时，也制定了统一的应答器---欧标应答器。欧洲应答器传输系统采用数字编码技术提供给车载设备信息从而实现列车与地面之间的数据传输。欧标应答器可以用于ETCS系统的各个级别，在ETCS0级和1级中，欧标应答器主要用来传输运行权限信息和线路参数信息，在ETCS2级和3级，欧标应答器主要用来完成列车定位的工作[8]。欧标应答器技术标准对于应答器的各个方面包括外形和功能都作了统一的要求，其中对应答器报文编码过程的研究也很完善，制定了基于FFFS（Form Fit Function Specification，形式规格化的功能规范的编码策略）。
由于欧标应答器具有灵活性强、信息量大、可靠性高等特点，因此，中国列车控制系统(CTCS)借鉴欧标应答器的技术规范，制定了适合我国铁路系统的应答器[9]。在CTCS1级中，应答器实现列车运行安全监控功能；在CTCS2级中，应答器用来向列车传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息；CTCS3，4级中，主要用来完成与列车定位相关的一些工作。应答器传送信息的方式同样采用欧洲标准以报文形式传送。
国内引进的应答器多是法国阿尔斯通公司的应答器，我国秦沈线上使用的是西门子应答器。在引进国外应答器先进技术的同时，我国自行研发的查询应答器也已经应用到某些领域，比如长春轻轨。我国应答器系统的研制起步比较晚，为了保证列车安全运行现已有多种对数据报文的研制，并且研制方案日益成熟，如西南交通大学对胶济线既有线提速CTCS2级列控系统地面应答器用户报文的编制等。
目前国内外关于应答器系统的研究大多围绕外围设备的测试与应用、报文信息的编码解码、电磁噪声干扰等表层，而应答器系统作为CTCS的主要地-车信息传送模块，对于列车速度监控和运行安全保障具有举足轻重的作用，对其内部电磁特性规律和工作机理的研究极其必要，然而目前这方面的研究却并不充分。再者，就我国铁路的发展需要而言，尽管目前已掌握大量高速铁路开通运营和检修维护的第一手资料，但还未从理论层面研究应答器系统的工作机理和规律，还未形成完备的理论体系[10]。特别是在我国城市轨道交通蓬勃发展的大背景下，培养大批专业性人才也显得格外重要。近年来，不少高等院校开设了相关专业培养轨道交通方面的人才，越来越多与交通相关的公司也更青睐于有着交通专业相关的学历背景。除此之外，用于教学和培训的CBTC系统不应是正线上所运用的CBTC系统，一是由于系统庞大复杂，二是设备昂贵。因此，在实验室条件下进行应答器理论以及应答器读写过程仿真研究势在必行。
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