基于无线感应的车地通信及测速定位系统研究

论文摘要

中低速磁浮列车利用测速定位系统为车载牵引系统和提供速度闭环控制的传感器信号,通过车地通信系统传递速度、位置等信号给地面运行控制系统,实现全线路多列车的自动运行控制。因此,车地通信和测速定位系统是中低速磁浮列车的重要子系统。为满足中低速磁浮列车工程实际需求,本文设计并实现了一种能够同时实现车地通信和测速定位的复合感应环线系统,主要研究了以下内容。1.基于新型复合感应环线,对车地通信系统和测速定位系统进行电磁学建模和特性分析。从理论上分析了新型复合感应环线能够同时实现车地通信和测速定位的原理,研究了可能影响系统性能的因素,提出了解决的方案。2.在分析了中低速磁浮列车对车地通信系统的性能需求基础上,设计了中低速磁浮列车车地通信系统结构,给出了基于FPGA的2FSK数字编解码器和基于专用集成芯片的FSK编解码器设计方案以及一种双工器的设计方案。。3.设计了具有粗定位和细定位功能的车载测速定位系统,针对车载测速定位系统中细定位电路容易受到外界干扰的问题,引入了一种新型跟踪微分器算法。该算法可从干扰信号中有效提取出微分信号,并能够快速跟踪输入信号,具有实时数字滤波性能。4.最后,对车地通信系统和测速定位系统的工程实现进行了分析和总结。给出了车地通信和测速定位系统的具体硬件电路和软件设计实现,在地面进行模拟实验基础上,全套系统在唐山磁浮试验线上进行了车载联合实验,实验结果与理论分析结果相符,验证了所提方案和研制系统的可用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 磁浮技术的发展及现状
• 1.1.2 磁浮列车车地通信及测速定位技术的研究现状
• 1.2 中低速磁浮列车车地通信和测速定位系统方案分析
• 1.2.1 日本中低速磁浮列车系统车地通信和测速定位方案
• 1.2.2 唐山磁浮试验线车地通信和测速定位方案
• 1.3 中低速磁浮列车车地通信和测速定位系统存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容及安排
• 第二章 车地通信及测速定位复合系统电磁学建模和特性分析
• 2.1 基于新型感应环线的车地通信及测速定位系统
• 2.1.1 平行长导线和交叉感应环线特点
• 2.1.2 新型车地通信及测速定位复合系统设计
• 2.2 测速定位系统电磁学建模和特性分析
• 2.2.1 测速定位系统电磁学建模
• 2.2.2 测速定位系统电磁特性分析
• 2.3 车地通信系统的电磁学建模和特性分析
• 2.3.1 车地通信系统电磁学建模
• 2.3.2 车地通信系统电磁特性分析
• 2.4 车地通信和测速定位系统的天线线圈设计
• 2.4.1 天线线圈的电磁学建模
• 2.4.2 天线线圈特性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 中低速磁浮列车车地通信系统设计
• 3.1 车地通信系统总体结构设计
• 3.1.1 列车自动运行系统对车地通信系统的需求分析
• 3.1.2 列车车地通信系统总体结构设计
• 3.2 基于FPGA的编解码器设计
• 3.2.1 基于FPGA的 2FSK数字编码器设计
• 3.2.2 基于FPGA的 2FSK数字解码器设计
• 3.3 基于专用集成芯片的编解码器设计
• 3.3.1 基于专用集成芯片的FSK编码器设计
• 3.3.2 基于专用集成芯片的FSK解码器设计
• 3.4 车地通信系统双工器设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 车载测速定位系统设计及信号处理
• 4.1 车载测速定位系统设计
• 4.2 测速定位系统的信号处理
• 4.2.1 定位信号失真原因分析
• 4.2.2 一种新型离散跟踪微分器
• 4.3 跟踪微分器的滤波特性分析与实验
• 4.3.1 跟踪微分器的滤波特性分析
• 4.3.2 基于跟踪微分器的相对定位系统实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 车地通信及测速定位系统的工程实现和实验
• 5.1 车地通信系统的工程实现
• 5.1.1 车地通信系统的模拟电路设计
• 5.1.2 车地通信系统的数字电路设计
• 5.1.3 车地通信系统的软件设计
• 5.2 测速定位系统的工程实现
• 5.2.1 测速定位系统的硬件设计
• 5.2.2 测速定位系统的软件设计
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 地面模拟实验
• 5.3.2 唐山试验线车载实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果