上传用户：odklydfzjx资料价格：5财富值&&『』文档下载 ：『』&&『』学位专业：&关 键 词 ：&&&&权力声明：若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请点击。摘要:（摘要内容经过系统自动伪原创处理以避免复制，下载原文正常，内容请直接查看目录。）无绝缘轨道电路是一种先辈的列车掌握体系。它以钢轨作为旌旗灯号传输线，来知足传送多掌握信息的须要。这类轨道电路的靠得住性及其传输掌握旌旗灯号质量的利害，直接关系到列车的运转平安。是以，按期检测轨道电路的频率、电压等参数，以断定轨道电路及其旌旗灯号装备能否处于最好任务状况，可和时清除隐患，确保铁路平安行车。本课题针对轨道电路旌旗灯号的特色，研讨了其参数解调办法。重要研讨内容在存在区段牵引电流搅扰的情形下，完成电化区段和非电化区段的移频旌旗灯号电压，移频旌旗灯号(调频旌旗灯号)的上边频、下边频、载波频率的高精度解调。本文具体引见了若何处理在线测试古代电气化铁路轨道电路参数的技巧困难。因为轨道电路旌旗灯号是一种相位持续的FSK旌旗灯号，其波形为低频旌旗灯号调制中间载频旌旗灯号后发生的低端载频(下边频)和高端载频(上边频)两个瓜代变更的正弦交换旌旗灯号。电气化铁路中测试轨道电路旌旗灯号存在很多搅扰，如牵引电流回流的搅扰；旌旗灯号传输电缆受牵引收集体系的理性、容性藕合的搅扰；活动中的电力机车上的电动力体系对上面的轨道电路的感应性搅扰等。在丈量移频旌旗灯号的上、下边频及载波频率时，采取可以或许从强噪声配景下靠得住分别频谱信息的EMD算法，联合FFT变换，直接丈量上、下边频。基于LabVIEW虚拟仪器平台开辟情况，组建软件解调计划。Abstract:The non insulated track circuit is an advanced train control system. It takes the rail as a signal transmission line, to meet the needs of information transmission master. This kind of track circuit reliability and transmission to master the signal quality of interest, directly related to the train running safe. Is to the regular test the frequency and voltage of track circuit parameters and to determine whether the track circuit and signal equipment in the best working condition, and remove hidden trouble, ensure railway traffic safety. The topic for the track circuit signal characteristics, discusses the parameter demodulation method. An important research content in the presence of section traction current interference, the completion of the electrified section and non electrified section frequency signal voltage shift, shift frequency signal, FM signal) upper frequency and lower frequency, carrier frequency demodulation. This article specifically describes how to deal with the online test of the ancient electric railway track circuit parameters difficult skills. Because of the track circuit signal is a kind of phase continuous FSK signal, and the waveform of the low frequency signal modulation intermediate frequency signal, low frequency (lower frequency) and high frequency (upper frequency two alternating change of sine switching signal. Railway electrification test track circuit signal has a lot of trouble, such as traction return
signal transmission cable by traction system rationality, c activities of electric locomotive electric power system on the top of the track circuit of inductive interference. In the measurement of frequency signal, lower frequency and carrier frequency shift and take can Congqiang noise background is reliable respectively spectrum information of the EMD algorithm, combined with fast Fourier transform (FFT), direct measurement, lower frequency. Based on LabVIEW virtual instrument platform to open up the situation, the formation of software demodulation program.目录:摘要5-6Abstract6-7第1章 绪论10-17&&&&1.1 引言10-11&&&&1.2 移频轨道电路信号概述11-13&&&&&&&&1.2.1 移频制式轨道电路的频率配置11-12&&&&&&&&1.2.2 我国移频轨道信号的特点12-13&&&&1.3 移频轨道信号参数测试技术的现状13-15&&&&1.4 本文的主要研究内容15-17第2章 键控移频信号分析及算法选择17-27&&&&2.1 轨道电路信号系统的工作原理17-21&&&&2.2 轨道信号数学模型的建立21-23&&&&2.3 EMD 算法原理23-26&&&&2.4 本章小结26-27第3章 基于LabVIEW 的算法实现方案27-42&&&&3.1 虚拟仪器概述27-33&&&&&&&&3.1.1 虚拟仪器的构成28-30&&&&&&&&3.1.2 虚拟仪器与传统仪器比较30-32&&&&&&&&3.1.3 LabVIEW 及数据采集简介32-33&&&&3.2 信号处理33-41&&&&&&&&3.2.1 端点延拓33-35&&&&&&&&3.2.2 幂函数插值35-38&&&&&&&&3.2.3 信号频谱分析38-41&&&&3.3 本章小结41-42第4章 软件仿真及误差分析42-51&&&&4.1 软件实现流程42-43&&&&4.2 软件实现及仿真43-49&&&&4.3 信号电压测量方法49-50&&&&4.4 系统误差分析50&&&&4.5 本章小结50-51结论51-52附录52-53参考文献53-57攻读学位期间发表的学术论文57-58致谢58分享到：相关文献| 上传我的文档
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基于滤波包络和小波脊算法的轨道移频信号提取
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基于TMS320LF2407A的通用式机车信号检测
摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA&C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18&m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte
铁路机车信号检测是保证列车安全运行的三大重要因素之一。目前,我国铁路机车信号主要采用相位连续的频移键控FSK(Frequency-Shift Keying)调制方式。它虽然具有数字通信的诸多优点,但也有非线性调制的特点,从而使其实时高精度检测具有很大的困难。随着数字信号处理技术及DSP器件的发展,在实用中摒弃了传统的利用单片机对FSK信号进行测周的时标方式,而采用新型DSP芯片TMS320LF2407设计机车信号检测装置。该装置充分利用了DSP器件的资源,在算法上运用了非常实用的基于最近邻模式识别法的FFT分析方法,使所设计的系统具有集成度高、实时性好、抗干扰能力强、可靠性高等优点。 1 轨道信号　　FSK信号是利用数字信号对载波频率进行键控调制的信号。铁路上采用的FSK信号主要有两种:国产移频信号及法国UM-71移频信号。国产移频信号的中心频率f0有四种,分别是下行550Hz、750Hz及上行650Hz和850Hz,频偏Δf为55Hz,低频调制频率fL为从7Hz每间隔0.5Hz至26Hz共18种信息。法国UM-71移频信号的中心频率f0也有四种,分别是下行1700Hz、2300Hz及上行2000Hz、2600Hz,频偏Δf为11Hz,低频调制频率fL为从10.3Hz每间隔1.1Hz至29Hz共18种(只用到其中14种)信息。机车信号检测的目的就是解调出上边频频率f0H=f0+Δf及下边频频率f0L=f0-Δf以确定中心频率f0,解调出低频调制频率fL以确定点灯信息。　　参考文献[2]指出,移频信号的频谱是以新出现的频率f0为中心频率,以fL为等差级数向两边展开的。2 测试系统组成原理　　该系统以TMS320LF2407DSP为核心,其组成原理框图如图1所示。机车传感器感应铁轨移频信号,经传感器及信号调理通道电路处理后,送入DSP的模拟信号输入端,由DSP内部A/D转换器按算法设计规定的采样速率采集规定的点数,依FFT算法分别检测出FSK信号的中心频率f0及低频调制频率fL,按状态控制开关规定的上下行、区段、灵敏度等级输出相应色灯控制信号,驱动继电器动作使八色灯显示机相应色灯点亮,并通过继电器动作确认电路的反馈信号以确认点灯是否正确。若发生中心频率f0改变,便发出过节信号。最后,用基于PWM的数字合成语音报出相应色灯。然后进入下一轮信号采集和检测。在信号分析的同时,还要对信号进行离散有效值计算,一方面用于程控增益放大器的增益控制,另一方面用于检测灵敏度控制,使信号检测符合铁道部颁发的灵敏度要求。系统信号检测及控制等所有功能仅由一个DSP芯片完成,与参考文献[2]相比,具有很高的集成度。&　　整个系统置于金属盒内,所有对外连线都有隔离措施,模拟量有隔离放大器;点灯输出有继电器;过节输出、继电器动作确认、语音输出、状态输出有光隔;电源有DC/DC。μp监控内建1.6S看门狗及低电压检测,上电及复位有严密的系统自检。整个系统具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性。3 系统设计3.1 传感器及信号调理通道电路设计　　传感器为JY·J型移频机车信号接收线圈,它适用于非电化区段、电化区段及地铁,用于接收地面轨道传输的移频机车信号。机车的Ⅰ端及Ⅱ端车轮前各安装一对,每对线圈平行置于两侧轨道上方距轨道13～15cm处,按同名端串联后由带屏蔽两芯电缆接至装置,再由双刀双置开关选择向前的一端传感器信号送入隔离放大器ISO124。　　ISO124为BB公司采用新颖的滞回调制/解调技术所设计的低成本精密电容隔离放大器。它由分别放置在壳体两边的输入部分和输出部分组成,因为输入部分和输出部分的电路完全对称,制造时又采用激光调整工艺使两部分完全匹配,因此使输出端能高精度复现输入信号。这种电路与光隔离放大器、变压器耦合隔离放大器的不同之处在于通过隔离电容传输的不是模拟信号,而是通过滞回调制/解调技术产生的500kHz数字调制信号。隔离元件的特性不会影响信号的完整性,而且具有较好的高频暂态性能。在器件的输入和输出部分分别由两个±5V DC/DC模块提供隔离电源,不用任何外部元件,传输系数为1:1,其增益误差小于±0.5%。　　程控放大器选用的是PGA103U,为单端输入通用仪用放大器,通过数字电平直接选择的基本编程增益为1、10、100。增益选择由DSP芯片TMS320LF2407的I/O口控制。在该系统中,PGA103的工作电压为±5V,而DSP的工作电压为3.3V,由于3.3V逻辑电平可以直接驱动5V CMOS逻辑电平,故直接将PGA103的增益控制端A0及A1接到DSP的I/O端。　　低通滤波器及直流偏置由TL062和LM236-2.5组成。将LM236-2.5提供的2.5V基准电压衰减一半后所得1.25V直流电压与有源滤波器输出的纯交流信号相加,送入DSP的模/数转换器输入端供DSP采样。　　传感器及信号调理通道电路如图2所示。&3.2 八色灯显示驱动及确认电路设计　　八色灯显示机为八个24V灯泡,由七个双刀双置继电器控制其亮灭,还有一个电子开关控制灯泡24V电源的开关。八个色灯按安全级别顺序由继电器接成互锁逻辑,每个继电器的两对触点取相反的逻辑经光耦反馈给DSP的I/O端口作为点灯确认信号。DSP依FFT解调的结果输出某色灯点灯信号,然后读取反馈的点灯确认信号来判断点灯是否正确,以防不能正确点灯的事件发生。电子开关除能关闭所有色灯外,还在需要改变色灯时,它能先关断24V灯泡电源,然后DSP再输出点灯信号,使继电器无电换档,延长继电器的使用寿命。3.3 DSP系统电路设计　　DSP为TMS320LF2407A,由于其I/O口有40个之多,故系统的所有输入输出开关量均由DSP的I/O口直接驱动,DSP内带ADC子系统,将处理后的移频信号送入其Ain端,由定时器定时启动。DSP内部程序FLASH空间有32K字,除一部分用于程序空间外,还可以存放八个色灯的语音。考虑到DSP内部WDT的超时复位时间太短,选用MAX706S作μp监控,它提供上电复位、手动复位、超时复位,DSP的电源为由TPS76733提供的3.3V电源。由于篇幅所限,DSP系统电路原理图略去。读者感兴趣可与作者联系。3.4 最近邻模式识别及车载FSK信号的检测方法　　最近邻法是最重要的模式识别方法之一[3]。最近邻法决策规则为:对于n类问题,设类ωi(i=1,2,…,n)有Ni个样本xj(i)(j=1,2,…,Ni)。针对一个待识模式x,分别计算它与个已知类别的样本xj(i)的距离,将它判为距离最近的那个样本所属的类ωi。　　FSK信号的模式识别检测方法分为采样、识别和判决三个步骤。将已知类别不同模式的FSK信号选取一定的采样频率和采样点数,分别对其取样后进行FFT变换,并选取各种情况下中心载频附近的若干值构成各已知类别的样本。对于实际待测FSK信号,以相同采样频率和采样点数取样,并作FFT变换处理,选取中心载频附近若干值作为待识模式。根据模式识别的最近邻法决策规则,将待识模式与各已知类别的样本分别进行比较,计算其与各样本的距离,最后将待识模式判为与其距离最近的那个样本所属的类。进行模式识别时应保证相比较的频谱具有相同的频谱分辨率,即对FSK信号取样时应选择相同的采样频率和采样点数。　　经过大量的计算机仿真和实时实验得出:对国产移频,选取采样频率为4500Hz,采样点数为1024点,均选取中心载频附近的21个频谱模值作为样本值;对法国UM71移频,选取采样频率为15000Hz,采样点数为1024点,均选取中心载频附近的21个频谱模值作为样本值。采用最近邻模式识别检测法可以准确识别信噪比低于-12dB的信号。　　依照这样的方法,对全部国产移频信号及法国UM-71移频信号的各4种中心频率和18种低频调制频率的FSK信号在不同初始相位时进行了实测,均取得了满意的结果。采用最近邻模式识别检测法解调FSK信号可以有效地克服欠采样所带来的采样时间过长的弊端,能够准确快速地识别各低频调制频率。4 程序设计及实验结果　　程序流程图如图3所示。&　　该系统已设计完成并安装试运行。对全部国产移频信号及法国UM-71移频信号的各4种中心频率和18种低频调制频率进行了实测,不仅检测结果正确,实时性亦满足铁路部颁标准。系统信号检测及控制等所有功能仅由一个DSP芯片完成,并配有完备的软硬件抗干扰设计,保证了所设计的系统具有集成度高、实时性好、电路简单、可靠性高等优点。&参考文献1 王世一.数字信号处理(修订版).北京：北京理工大学出版社,19972 魏学业,汪希时,丁正庭.基于DSP的电务试验车自动测试系统.电子测量与仪器学报,1997(11)3 孙即祥.现代模式识别.长沙?押国防科技大学出版社,20024 TMS320LF/LC240xA DSP Controllers Reference Guide-System and Peripherals.Texas Instruments Incorporated,De-cember 2001
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ZP—89移频信息监测文档.doc 26页
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文档说明 2
移频自动闭塞的基本概念 3
ZP-89型移频自动闭塞 4
ZP－89型移频自动闭塞的信息特征 5
相位连续的移频信号 5
相位连续的移频波的频谱分析 5
方波调制的相位连续的移频波的频谱讨论 11
移频监测算法讨论 13
算法基于ARM芯片的实现 18
实际测试 22
本文档说明了移频自动闭塞的原理及ZP—89移频的信息，分析了连续相位移频信息的频率谱线，进而确定了移频信息监测算法，并设计了信号转换电路，搭建了系统硬件平台，通过测试，实现了预期的功能。
本文前两部分（前12页）为理论分析，参考的各种资料，后三部分为工作总结，请戴老师审阅。
移频自动闭塞的基本概念
自动闭塞是根据列车运行及有关闭塞分区状态。自动变换通过信号机显示而司机凭信号行车的闭塞方法，它是一种先进的行车闭塞方法。自动闭塞是在列车运行过程中自动完成闭塞作用的。
自动闭塞通过轨道电路（或计轴器等列车检测设备）自动地检查闭塞分区的占用情况，根据轨道电路的占用和空闲状态，通过信号机自动地变换显示，以指示列车运行。
移频自动闭塞是以移频轨道电路为基础的自动闭塞。它选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方法，把低频信号（FC）
从图中可以看出，调频信号的变化规律，是以载频信号f 0为中心，作上、下边频偏移。当低频调制信号输出低电位时，载频f 0向下偏移（称为频偏），为f 0 ?，叫做低端载频（或称下边频）；当低频调制信号输出高电位时，载频f 0向上偏移，为f 0 +,叫做低端载频（或称上边频），可见，调频信号是受低端信号的调制而作低端载频f 0 ?和高端载频f 0 +交替变化，两者在单位时间内变化的次数与低频调制信号的频率相同。
在轨道电路中传输的信息是低端载频f 0 ?和高端载频信号f 0 +，载频f 0实际上是不存在的。由于低端载频和高端载频的交替变换接近于突变性的，好似频率的移动，因此成为移频信号。应用这种移频轨道电路的自动闭塞称为移频自动闭塞。
在移频自动闭塞中，低频信号用于控制通过信号机的显示，而载频f 0 （又称中心频率）则为运载低频信号之用，其目的是提高抗干扰能力。
移频自动闭塞的载频中心频率f 0选为550Hz、650Hz、750Hz和850Hz四种。在单线区段采用650Hz和850Hz两种，这是为了防止钢轨绝缘双破损后两相邻轨道电路产生错误动作，所以，相邻的闭塞分区采用了不同的载频。在双线区段，由于上、下行线路之间存在邻线干扰，所以上行和下行线路也应采用不同的频率，上行线采用650Hz和850Hz；下行线采用550Hz和750Hz。
在移频自动闭塞中，轨道电路中传输的信息，是利用四种低频控制信号FC，分别对四种中心载频f 0进行调之后的移频信号，即f 0 +，频偏为55Hz，其频率如表所示。
表 轨道电路中传输的移频参数
中心载频f 0 (Hz) 上边频f 2 = f 0 + (Hz) 下边频f 1 = f 0 ? (Hz)
550 605 495
650 705 595
750 805 695
850 905 795
由于这些频率正好在电力牵引区段工频牵引电流50Hz的偶次谐波500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz附近，而牵引电流的偶次谐波幅值较小，即对移频信息的干扰较小，这就提高了移频自动闭塞的干扰性能。
在每个闭塞分区的钢轨中传输的移频信息，实际上是以频率为中心载频的下边频f 1 （f 0 ?）和上边频f 2 （f 0 +）的两个交替变换的正弦交流信息，即，单位时间内频率变换次数由低频调制信号FC决定。
ZP-89型移频自动闭塞
原移频自动闭塞只有四种信息，若发展四显示自动闭塞，除增加信息量外，还必须对原设备进行改进，以提高可靠性，扩大功能。信息量增加后，元件数量必然增加，设备的可靠性随之降低。为此，应在满足系统的故障—安全和提高干扰能力的基础上，积极采用集成器件，以提高设备的可靠性，并缩小体积。由于信息量增加，频率间间距缩小，必须提高频率的稳定度。此外，还应改善防雷性能和适应大牵引电流的抗干扰要求。1983年开始研究四显示自动闭塞，将信息量从4个增加到5个，但难以满足发展列车运行超速防护的要求。1988年又开始研究集成化多信息移频自动闭塞，将信息量增加到8个。1989年进行现场运行试验，1993年通过铁道部技术鉴定，定名为ZP－89型移频自动闭塞，俗称8信息移频自动闭塞。
ZP－89型移频自动闭塞的信息特征
载频仍为550Hz、650Hz、750Hz、850Hz，频率配置同四信息移频自动闭塞，频偏为±55Hz。
低频频率有8个，它们是8（30）Hz、11Hz、15Hz、20Hz、26Hz、9.5Hz、13.5Hz、17.5（16.5）Hz。11Hz、15Hz、20Hz、26Hz
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