轨道信号参数检测方法的研究和实现.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.42M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外的发展现状

1.2.1国外轨道电路的发展情况

1.2.2国内轨道电路的发展情况

1.2.3国内外移频轨道信号测试技术的发展与现状

1.3本课题的主要研究工作

第2章UM71无绝缘轨道电路的研究分析

2.1移频自动闭塞的工作原理

2.2 UM71轨道电路简介

2.2.1 UM71轨道电路的构成

2.2.2 UM71轨道电路的工作原理

2.3 UM71移频轨道信号的频谱分析

2.3.1 UM71轨道电路的频率配置

2.3.2移频轨道信号的频谱分析

2.4移频轨道信号的干扰分析

2.5本章小结

第3章移频轨道信号参数的检测算法

3.1移频轨道信号检测的传统方法

3.1.1鉴频法

3.1.2过零周期检测法

3.2移频轨道信号的检测算法分析

3.2.1移频轨道信号检测的精度要求

3.2.2低频调制信号的检测算法

3.2.3上下边频的检测算法

3.3移频轨道信号检测的抗干扰研究

3.3.1正交解调的基本原理

3.3.2双线幅度法的改进

3.4本章小结

第4章系统的硬件电路设计

4.1概述

4.2 50Hz工频滤波电路的设计

4.3信号调理电路的设计

4.4整流电路的设计

4.5 TMS320F2812处理单元

4.5.1 TMS320F2812芯片简介

4.5.2系统时钟

4.5.3 TMS320F2812电源电路

4.5.4仿真接口

4.5.5片外存储器的扩展

4.5.6显示单元

4.6本章小结

第5章系统的软件设计

5.1概述

5.2主程序模块

5.3数据采集模块

5.4低频调制信号频率检测模块

5.5上下边频及载频检测模块

5.6信号电压的测量模块

5.7本章小结

第6章实验测量数据

6.1实验测试数据

6.2仿真实验数据

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

哈尔滨理工大学硕士学位论文基于DSP的UM71移频轨道信号参数检测方法的研究与实现姓名：吕剑飞申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：卢迪20070301

哈尔滨理T大学T学硕f。学位论文基于DSP的UM71移频轨道信号参数检测方法的研究与实现摘要无绝缘轨道电路是一种先进的列车控制系统。它是把钢轨作为信号传输线，以此来满足传送多控制信息的需要。这种轨道电路的可靠性及其传输控制信号质量的好坏，直接关系到列车的运行安全。因此，我们要准确及时地检测轨道信号参数，以判断轨道电路及其信号设备是否处于最佳工作状态，可以及时消除隐患，确保铁路安全行车。随着我国铁路的提速，基于传统检测方法建立的轨道信号检测系统面临着极大的考验。本文主要研究了UM71无绝缘轨道信号的调制信号频率、上下边频频率、载频频率和信号电压的检测方法。通过对移频信号的频谱分析可知，在移频信号的频谱中，两条相邻谱线的问距就是低频调制信号的频率。因而，低频调制信号检测的关键问题就是如何提高频率检测精度。本文针对移频轨道信号的窄带特性，使用欠采样技术来代替奈奎斯特采样，以降低信号的采样频率；针对移频轨道信号能量集中且低频信息频率低的情况，欠采样后再提取频谱能量相对集中的部分进一步对频谱进行细化，从而得到较高的频率分辨率。由于移频轨道信号是非线性调制，峰值谱线并不对应边频频率，本文首先通过分析移频信号相位的方法截取出半调制周期内的单频纯净信号，然后通过双线幅度法来计算得到高精度的上下边频及载频值。为了提高边频检测的抗干扰能力，本文还给出了一种双线幅度法的改进方法。而测试信号电压时，则是直接将整流后的信号送到DSP的～D输入通道采样处理。最后我们以TMS320F2812为核心设计了UM71轨道信号的参数检测系统，并部分实现了移频轨道信号的检测功能。关键词：轨道信号；欠采样：频率分辨率；谱分析；DSP

坠堑堡竺：查兰二兰堡!：耋些堡三ParametersDetectingofUM71Frequency-shiftTrackSignalandItsRealizationBasedonDSPAbstractThejointlesstrackcircuitisalladvancedcontroIsystemwhichisusedtocontrolthetrains．Therailisusedastransmissionlinefortransmittingsignalsinthissystem，inordertomeettheneedoftransmittingmulti-purposecontrolinformation．Thereliabilityandqualityofthetransmittedsignalshavedirectrelationtothesafetyoftrains’function．Becauseofthis，itisnecessarytodetecttheparametersofthetracksignalspreciselyandtimely,inordertoinspectwhetherthetrackcircuitandsignalequipmentsareworkingwell．Finally,thehiddendisasterscanbeavoided，andthesafetyofthetrains’functioncanbeensured．Withtherailway’sspeedraiseinourcountry,thedetectingsystemsbasedonthetraditionalmethodsarefacingseriouschallenge．Thispapermainlyresearchedthemethodsofdetectingmodulationsignalfrequency、upperanddownsidefrequencies、cartierfrequencyandsignalvoltageoftheUM71jointlesstracksignal．ThroughanalyzingthespectrumoftheFSKsignalwecanknowthat，inthespectrumoftheFSKsignal，thedistanceofthetwospectrumsnearbyisthelowmodulationsignal，thereforethekeyproblemofthelowmodulationsignaldetectionishowtoimprovetheresolutionoffrequencydetection．Inthispaper,aimingatthenarrowbandcharacteristicofthefrequency—shifttracksignal，weusesub—samplinginsteadofNyquistsamplingtoreducethesamplingrate；Aimingatthecasesthatthesignal’sspectrumenergyisconcentrateandthefrequencyofthemodulationsignalislow,wepick—upthepartwhichspectrumenergyisconcentratetodoafurtherspectrumdetectionafterthesub—sampling，inordertogainedahighresolutionoffrequencydetection．BecauseoftheFSKsignalisnon—linemodulated，thetopfrequencyspectrumisn’tthesidefrequency,II

堕尘堡堡三查兰三兰堡!：兰堡篁三thispaperfirmlythroughthemethodofanalyzingtheFSKsignal’sphasetopick-upthepuresinglesignalinsidethehalfmodulationcycle，andthenthroughthemethodofRifetocalculateandgainedthevalueofhighprecisionupperanddownsidefrequencies．Inordertoimprovetheabilityofanti-jamming，thispaperalsoofferedaimprovementmethodofRife．MoreoverwhentestingthevoltageoftheFSKsignal，therectifiedsignalisdirectlyputtedintotheA／DchannelsofDSPtodosamplingprocessing．Atthelast，wedesignedaUM71tracksignalparametersdetectingsystembaseonTMS320F2812，andimplementedpartfunctionsofthefrequency—shift仃acksignaldetecting．Keywords仃acksignal；sub—sampling；frequencyresolution；spectrumanalysis；DSPIIl

哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于DSP的UM71移频轨道信号参数检测方法的研究与实现》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者躲导削1}嗍加7年牛月5同哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于DSP的UM71移频轨道信号参数检测方法的研究与实现》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解啥尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密口。(请在以上相应方框内打√>作者签名：够司召日期．?一7年4月；日导师签名：挈J日期：z矽7年争月‘日

哈尔演理T大学T学硕l。学位论文1．1引言第1章绪论铁路在我国交通运输业中具有举足轻重的地位，是保证我国客运畅通的重要运输方式之一，是中长途旅客运输的主要力量。同时，铁路又是我国国民经济的大动脉，．它对于促成城乡物资交流、繁荣社会主义市场经济起着不可替代的作用。随着列车运行速度的提高，以及重载发展的要求，铁路运输系统面临着很大的挑战，因此，大力发展铁路自动化有着十分重要的意义m。行车安全是铁路运输的生命线，铁路信号是铁路运输的重中之重。为了确保行车安全，首先要确保接收信号的正确性、准确性和实时性。我国现行信号检测设备很大程度上还是基于传统的相干解调检测方法研制而成，但世界发达国家铁路干线已无一例外的采用了现代化铁路信号系统，且已经研制出适合本国国情的轨道信号参数专用测试仪器，由此可见，我国现行的轨道信号参数的检测方法和手段已远远落后于迅猛发展的铁路运输业，也远落后于发达国家。随着我国铁路事业的进一步发展，为了确保行车安全，信号参数的检测技术应和我国铁路事业的发展同步。近年来，随着数字信号处理技术的发展和完善以及数字信号处理器件的发展，为移频轨道信号参数检测提供了理论支持和硬件支持”1，也为我们研制出现代化的铁道信号参数检测装置提供了保障。1．2国内外的发展现状轨道信号的传输基础是轨道电路。轨道电路是铁路交通系统中调整列车运行的现代化自动控制与远程控制系统的重要组成部分，是关系到列车运行安全的基础设备。它是以铁路线路上的两根钢轨作为导体，两端为钢轨绝缘(或电气绝缘)分界，并用导线连接信号源和接收设备构成的电路。简言之，轨道电路就是钢轨线路和连接于其始端及终端的器械的总称。用以检查有无列车、传递列车占用信息及实现地面与列车间互通信息的电路。它的工作可靠与否、安全与否将直接影响列车运行的安全与效率”“”。’。

哈尔演理T大学T学硕{‘学位论文1．2．1国外轨道电路的发展情况1873年，铁路信号在宾西法尼亚铁路试用，从此诞生了铁路自动信号m，。60年代，法国CSEE公司研究的U型轨道电路，载频采用单频信号，其频率为：1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz。1971年CSEE公司研究开发了UM71型无绝缘轨道电路。其后经过局部电路改进和系统完善，CSEE公司研制出以UM71无绝缘U型(带调制)移频轨道电路为基础，结合带有速度监督的TVM300机车信号及测速超防护设备共同组成了完整的U．T系统。该系统载频还是采用原来的U型轨道电路的四种载频，即1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，同时还可以提供18种移频信息”“”。此系统1957年开始安装在巴黎至里昂的高速线路上，1981年用于东南线，1989年扩大应用于大西洋高速行业线，1990年正式施工修建在北部线。此外该系统在阿根廷、澳大利亚、比利时、西班牙、朝鲜、南非等国也安装了数千套。已具有多年的运营经验，该系统可用在300km／h的高速线上，属于较成熟系统，为80年代初国际先进水平”””1。英国西屋公司(WestingHouse)的FS．2500轨道电路也是频移键控(FSK)制式，其载频采用4种频率：1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz．调制频率4个：13．2Hz、15．6Hz、18Hz和20．4Hz，频偏△厂为12．5Hz。西屋公司新开发应用于地铁的FSK制式轨道电路载频为：4080Hz、4320Hz、4560Hz、4800Hz、5040Hz、5280Hz、5520Hz和6000Hz。调制频率有14个，从28Hz到80Hz，间隔4Hz…“”1。日本FSK制式轨道电路载频选用1700Hz、2300Hz、2900Hz和3500Hz。调制频率两种：一种是10个信息，其频率为10Hz、13Hz、16Hz、19Hz、23Hz、26Hz、31Hz、34Hz、37Hz和41Hz，此时频偏采用：i：40Hz。另外一种是15个信息，其频率除上面10个外增加45Hz、55Hz、61Hz、67Hz和73Hz，而频偏为+_70Hz“”…1。以上所列举的几种制式的轨道信号频率的共同特点是载频频率高，信号频率准确，这对信号的抗干扰很有利。另外除了英国西屋公司高载频的制式外，其它制式的调制频率之间都不存在倍数关系，这对信号的可靠接收有利“”“”。1．2．2国内轨道电路的发展情况．我国从50年代中期开始，轨道电路技术有了长足的发展，不仅传输的信

哈尔演理T大学T学硕{。学位论文息量增加而且它的使用已遍及全国铁路各线，构成了我国铁路信号技术发展的基础。1924年，我国首先在大连一金州间以及沈阳一苏家屯问采用了二元三位式相敏轨道电路，这是我国最早采用的轨道电路。1925年，首先在秦皇岛及南大寺两站装设了直流闭路式轨道电路，取代了水银轨道接触器，这是我国最早使用的一种直流轨道电路。同年，满铁在长大线采用了N．8型交直流轨道电路，这是我国最早使用的一种交直流轨道电路。等到50年代中期，我国在引进信号技术的基础上，研制了各种型号的交直流轨道电路，这为后来出现的驼峰轨道电路、阀式轨道电路打下了基础。后来出现的JZXC-480型交直流电路，以其优越的性能，逐渐取代了所有其它制式的交直流轨道电路，从而使我国的交直流轨道电路的制式得到统一。铁道部科学院从52年便开始研究电脉冲轨道电路，到60年代初期得到广泛应用，为运输生产发挥了很好的作用。它是我国第一个自己研制的用作传输自动闭塞信息的轨道电路。从这时起，我国才有直流脉冲轨道电路。为发展脉冲式轨道电路提供了宝贵的经验，是我国轨道电路技术的一个较大的进步。1968年初，铁道部科学研究院与沈阳、北京等铁路局协作，展开了极性频率脉冲轨道电路的研究。1974年，完成了统一方案试验，经试用后，于1980年通过铁道部初步鉴定，以后得到了迸一步推广。60年代晚期，铁道部科技委提出研制一种能够适应地上和地下、电化与非电化区段通用的自动闭塞制式，这就是后来的移频轨道电路。80年代末，我国引进了法国研制的UM7l无绝缘轨道电路，轨道电路传送信息量大，不但可以检测列车，而且可由钢轨线路向超速防护系统发送速度级别信息，现已得到普遍应用“”“”。1．2．3国内外移频轨道信号测试技术的发展与现状近年来，电气化铁路的修建速度在逐年加快。电力牵引适合高速、重载和大密度的要求，是铁路理想的牵引动力。但同时，电气化铁路本身又是一个极大的干扰源，它对铁路沿线的通信信号设备会产生很大的干扰，所以轨道信号的检测要充分考虑如何避免这样的干扰。另外，随着铁路的不断提速，对轨道信号检测的实时性要求也越来越高。在国外，原苏联、法国、日本等发达国家一般采用现代信号处理的谱分析的方法“…，并生产出适合其本国国情的轨道信号参数专用测试仪器。法国的无

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