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随着轨道交通的发展,列车的运行速度逐年提高,列车在行车区间的通过能力和安全运行对整个铁路系统的高效、可靠运行起着至关重要的作用。而对指挥列车运行的移频轨道信号进行快速、高精度检测,及时地发现隐患,排除故障,保证轨道电路的正常工作,是保障列车运行安全的重要手段之一。
UM71系列(包括ZPW-2000A)无绝缘移频轨道电路已成为我国铁路的主流制式,其传送的信号采用频移键控FSK(Frequency-shifi keying)调制方式。但由于信号是以铁轨作为信道进行传输,传输系统相对复杂,因而不可避免地叠加有各种外界干扰。同时移频轨道信号是一种相位连续的FSK信号,它虽然具有数字通信的许多优点,也有非线性调制的特点,从而使实现实时高精度的检测具有很大困难。
本论文从以下几个方面进行了研究:
1.结合UM71移频轨道电路的构成及工作原理,分析了铁路现场经常遇到的不平衡牵引电流干扰、邻线干扰、侵入干扰和调幅干扰这4种干扰的成因及并给出检测策略。
2.根据移频轨道信号的频谱特性,其相邻谱线的间隔即代表低频调制信息,故低频调制信息检测的关键是如何在实时条件下达到0.02Hz检测精度要求。本文应用欠采样技术+ZFFT频谱细化技术提高FSK信号频谱的分辨率,并在此基础上,就ZFFT算法提出改进措施并且通过MATLAB对该算法及其改进措施进行了软件仿真。
3.由于FSK信号非线性调制的特点,因而传统傅里叶变换对上下边频信息的检测无能为力。本文通过判断上下边频的边界点,获取半调制周期内的纯净单频信息,并通过频谱校正技术提高上下边频的检测精度。此外,文中还尝试Wigner-Ville分布和小波分析这二种时频分析方法应用于上下边频信息的检测,这两种方法各有优缺点,检测精度高,但此时实时性不够,但可以为进一步研制高精度的FSK信号检测仪器奠定了理论基础。
4.最后,给出了移频轨道信号检测系统的整机设计,通过实际轨面信号验证,该检测系统能很好地检测出信号各项参数,检测精度满足设计要求。