随着中国城市轨道交通快速发展,基于通信的列车运行控制系统在城市地铁和轻轨的应用越来越多,其在保证列车运行的安全性与可靠性方面作用重大。交叉感应电缆环线作为车-地通信系统一种重要的信息传输媒介,其与车载天线通过电磁感应原理实现车-地双向信息连续实时传输。基于交叉感应电缆环线的车-地通信系统是保证列车运行安全与可靠的重要设备,信息传输的稳定与否十分关键。论文分别在物理理论和电磁仿真软件建模与仿真的基础上,研究通信系统的性能,分析并优化影响系统性能的参数。本文研究采用了“理论建模-软件建模仿真-优化研究分析”的思路。从实际和模型两个方面对车-地通信系统进行研究分析,基于电磁场理论建模与软件建模仿真相结合的方法进行研究。论文主要研究内容如下：(1)理论建模。车-地通信(Train-to-Wayside Communication, TWC)系统的通信原理是电磁感应原理,根据电磁场理论,基于麦克斯韦方程组和波动方程,建模推导车载接收天线与交叉感应电缆环线之间电磁感应产生的感应电压。由于交叉感应电缆环线产生的电磁场为时变电磁场,依据似稳条件将时变电磁场等效为似稳电磁场来求解。分析确定车载接收天线主要受一个交叉环的磁场分布影响,然后,推导计算得到一个电缆交叉环在空间产生的磁感应强度,继而推导出感应电压的计算公式。(2)软件建模仿真。首先,利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件分别建立上行链路通信系统和下行链路通信系统的仿真模型,经过一系列建模和仿真步骤操作,得到了正确的仿真计算结果,主要有磁场强度分布、磁感应强度分布、磁链、感应电压等,通过详细的分析和研究,说明仿真结果的准确性。然后,研究分析钢轨、钢筋网等金属物对信号强度具有稍微减弱的影响作用。最后,通过对现场采集的实际线路数据和仿真结果数据分别进行频谱分析,验证系统模型的正确性和适用性。(3)优化研究分析。优化研究和分析车载接收天线和发射天线的尺寸、匝数、安装高度等性能参数,分析天线横向偏移对车-地通信信号强度的影响。经过软件仿真及后处理和MATLAB画图显示,分别获得各项性能参数的最优值和影响作用曲线。