基于Duffing振子的ZPW-2000信号译码及频偏检测

论文摘要

随着铁路技术的高速发展,ZPW-2000无绝缘轨道电路成为了我国轨道交通电路中的主流制式,ZPW-2000轨道移频信号的正确译码是铁路上行车安全的重要保证。目前的译码检测算法主要是基于频谱细化的频谱搜索法（ZFFT、CZT）,这些算法都是讨论纯净或高信噪比下的移频信号,随着信噪比的降低,移频信号的谱峰就很容易受到噪声的干扰而出现错误的译码,从而导致频谱搜索法检测失效。对此,本文根据Duffing振子对噪声免疫而对周期微弱信号敏感的特点,给出了基于Duffing振子的低信噪比下移频信号译码及频偏检测新方法,并通过对频偏的检测判定ZPW-2000轨道电路发送及接收设备是否合格。主要研究工作如下：首先,对Duffing振子进行了分析,了解Duffing振子微弱信号检测原理。总结了混沌判据的常用方法：Lyapunov指数法、Melnikov法、相轨迹法以及阵发性混沌法,并介绍了正弦信号的幅值及频率检测原理。其次,结合Duffing振子对周期信号敏感的特点,给出了将Duffing振子用于ZPW-2000轨道移频信号译码的新方法。轨道移频信号译码是为了提取移频信号中载频fc和低频fd参数,以获得闭塞分区状态和列控信息。Duffing振子译码移频信号的目的是解决低信噪比环境下移频信号译码能力弱的问题。通过仿真实验验证：该方法可靠性强,能译码出强噪声背景下的移频信号,且具有较低的译码误码率。然后,将Duffing振子译码移频信号的方法进行改进,实现对ZPW-2000轨道移频信号的频偏检测,以此判定移频电路发送、接收设备是否合格。该方法能实现白噪声及有色噪声背景下的移频信号频偏检测,且40个Duffing振子并行排布,易于硬件实现。最后,对本论文的研究内容进行总结,找出存在的一些问题和需要进一步研究的内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外移频信号检测研究现状
• 1.2.2 国内外Duffing振子微弱信号检测研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 Duffing振子微弱信号检测原理
• 2.1 Duffing混沌振子系统
• 2.2 混沌的判据方法
• 2.2.1 Lyapunov指数
• 2.2.2 Melnikov法
• 2.2.3 相轨迹法
• 2.2.4 阵发性混沌法
• 2.2.5 基于图像处理的方法
• 2.3 Duffing振子正弦信号检测原理
• 2.3.1 正弦信号的幅值检测
• 2.3.2 正弦信号的频率检测
• 2.4 本章小结
• 第3章 ZPW-2000轨道移频信号Duffing译码方法研究
• 3.1 ZPW-2000轨道移频信号分析
• 3.1.1 轨道移频信号的特点
• 3.1.2 轨道移频信号检测的一般方法
• 3.2 Duffing振子参数对系统的影响
• 3.2.1 步长h对Duffing振子系统的影响
• 3.2.2 内策动力频率对Duffing振子系统的影响
• 3.3 ZPW-2000轨道移频信号的Duffing译码原理
• 3.3.1 Duffing振子进行轨道移频信号译码的可行性分析
• 3.3.2 轨道移频信号载频低频译码算法
• 3.3.3 轨道移频信号Duffing译码Simulik模型建立
• 3.3.4 移频信号译码仿真实验
• 3.4 ZPW-2000信号Duffing译码抗干扰性研究
• 3.4.1 白噪声背景下的移频信号译码研究
• 3.4.2 有色噪声背景下的移频信号译码研究
• 3.5 ZPW-2000信号Duffing译码的误码率研究
• 3.5.1 白噪声下的移频信号译码误码率研究
• 3.5.2 有色噪声下的移频信号译码误码率研究
• 3.6 与传统方法的比较
• 3.7 本章小结
• 第4章 ZPW-2000轨道移频信号频偏检测
• 4.1 ZPW-2000轨道移频信号频偏的Duffing检测原理
• 4.1.1 轨道移频信号频偏的Duffing检测算法
• 4.1.2 载频频偏时的低频频偏检测分析
• 4.1.3 轨道移频信号频偏检测的仿真实现
• 4.2 噪声环境下的ZPW-2000轨道移频信号频偏检测
• 4.2.1 白噪声下信号频偏检测
• 4.2.2 有色噪声下信号频偏检测
• 4.3 与传统方法的比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文及科研成果