基于软件无线电的电缆故障检测方法综述

杨易蒲 张兆楠 崔鹏飞 韩宇 郭慧姗

摘要：随着现代化城市的通信网络的发展，电缆在通信系统、广播电视等领域的应用愈发广泛。但随着其运行时间的增长，故障的发生也愈发频繁。因此研究开发电缆故障检测检测系统具有迫切的现实意义。而基于软件无线电的测量能够高效快捷的知道电缆故障点的位置。大大减少了电缆故障维修的时间。半导体技术的的飞速发展，也让电缆故障检测和软件无线电的结合，综合时域反射计（TDR）和频域反射计（FDR）的实施方法，通过对故障点的反射信号强度对应的距离问题得到故障点距离。

关键词：电缆线路；软件无线电；时域反射计（TDR）；频域反射计（FDR）；故障检测

一、电缆故障问题的提出

最近几年来，随着世界经济社会高速发展，通信供电要求安全经济可靠，使得供电电缆的一系列的优点得到认可，供电电缆也随之广泛的进去了人们的生活之中，电缆具有占地面积小，不受外界的干扰，维护工作少，安全可靠。电缆的广泛应用也伴随着电缆出现故障之后如何检修成为一个值得思考的问题，怎么样才能迅速高效准确的知道电缆故障点的位置和故障类型成为了现如今人们研究电缆故障的重点。目前我国正在进行城市农村的电网改造，把可见线路转移到地下通过电缆通电，广大人民和各个供电部门以及各大电网集团都关注电缆运行的正常状态。

各种各样的电缆出现在不同领域，电力、通信领悟应用较为广泛，同样也大量应用在冶金、化工、交通运输以及煤矿等国民经济发展的各个领域。由于供电电缆通常埋在地下，电缆故障隐蔽性强，导致工作人员查找和维护相对困难。如何准确、迅速、经济的查找电路故障成为重要技术问题。

二、国内外研究现状和发现动态

电缆故障检测有三个主要步骤：故障类型诊断、故障定位和准确定位。故障类型诊断主要是确定电缆故障点属于高电阻接地或低电阻接地的故障相位，以便于测试人员选择合适的检测方法。故障测距又称预定位、故障电缆芯线测试信号或在线测量、故障信息的分析、故障距离的初步确定，尽量减小故障范围，以便于准确定位。前置法一般可以概括为两类，即经典方法（如桥接法）和现代方法（如低压脉冲法、高压闪络法）。精确定位是基于预定距离，准确地确定故障位置的实际位置。精确定点法主要包括声学测量点法、感应定点法、时差定点法和同步定点法。对于低电阻磨损、短路和开路故障，可以将脉冲信号应用于电缆芯。信号通过电缆传输和反射。用数字示波器或笔记本虚拟示波器测量脉冲波形，以计算故障位置。

三、课题研究内容

随着半导体技术、电子技术和编程技术的发展，分别经历了从模拟通信到数字通信，从固定通信到移动通信两大换代后，目前正在酝酿并进行第三次更新换代，即从硬件无线电通信向软件无线电通信———软件无线电（SDR）跨越；系统综合了时域反射计（TDR）的思路和频域反射计（FDR）的实施方法。检测电缆时先向待测电缆中注入不同频率的高频低压电磁波，测量各频点驻波功率，然后对所得数据做IFFT运算，将频域响应转化为时域响应；通过一定的算法将时间信息转化为距离信息，得到不同距离处的反射信号强度信息。反射信号相对强度大即阻抗失配严重的点即为故障点。

四、FDR和TDR的发展

基于时域反射法的电缆故障检测原理已经发展了十多年。测量中只需要一个人和一个终端操作。故障距离和故障类型可由测量仪器自动确定，不受人为因素的影响。然而，该方法使用单个直流电压脉冲作为入射信号。它只能测量新线路和混合线路的显著故障，不能识别潜在的故障，如浸没故障、接触不良等。同时，它仅适用于测量电缆的直流或基带信号的传输，不能准确测量高频射频电缆的故障检测。它主要应用在特定场合的电缆故障检测中。

五、电缆故障检测仪组成

（1）将软件无线电（SDR）技术与电缆检测的需求相结合；

（2）利用软件无线电系统来完成电磁波的收发；

（3）采用时域反射计与频域反射计相结合的方法；可实现多故障检测、数据存储、突变检测、远程告警、HDMI输出等功能。

最终通过射频板向待测电缆发射不同频率高频低压电磁波，系统板接受电缆反射的电磁波信号，在系统板上测量各点驻波频率，进行IFFT运算，最后得到不同强度信号的距离信息，找到电缆故障点的距離。

六、结语

本文所介绍还有许多不足，有些问题尚未进行深入研究，需要进一步完善。如何更加有效快捷的把时域反射和频域反射相结合得到更好的优点。如何优化成本等。总之，随着电子技术的快速发展，电子元件集成度越来越高，我相信会有更加科学的测量方法，测量准确度也会进一步提高。会有更加好的方案。

参考文献

[1]柏思忠，基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪设计和实现，2007.

[2]李兵，便携式电缆故障检测仪的设计和实现，2013-10.

[3]刘伟，陈真佳，张永辉，刘一鸣，基于软件无线电与数据库的频谱分析系统，2018.