铁路信号传输与车载接收模拟系统的研制

论文摘要

铁路信号系统是为了保证行车安全、提高运输效率和改善劳动条件而诞生和发展的。铁路信号向列车发送指令和信息,以控制列车运行的线路、间隔和速度,并显示当前列车线路及设备的状态,从而保证列车高速安全的行驶。铁路信号发展的方向主要是实现高度自动化、智能化,以便保证行车和各种作业的安全、准确,提高效率。本文构建并实现了基于DSP的铁路轨道信号的传输与车载接收模拟系统,该系统以浮点处理器TMS320VC33为数据处理核心,以定点处理器TMS320VC5509A为控制核心,主要包括信号发送设备、传输钢轨、信号接收线圈、信号解码设备、8显示信号显示设备等,实现了铁路轨道信号的传输、车载接收、译码以及执行上灯控制等,支持国内现有四种制式铁路轨道信号。系统解调部分采用频域分析与时域分析相结合的方法、频域模式识别技术和信号分级策略完成四种制式机车信号的自动识别和实时解调。铁路轨道信号传输与车载接收模拟系统在2008全国TIDSP大奖赛系统组中,获得全国优胜奖。该系统可以为教学提供实验和演示,也可以为机车信号仿真、开发研究提供一个平台。把输入信号换成铁路实际信号,就可以仿真机车信号一些功能,从而可以利用其研究机车信号的各种新算法、新功能,也可以查找和定位铁路现场信号的故障,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 综述
• 1.1 铁路安全与铁路信号
• 1.1.1 我国自动闭塞系统的现状
• 1.1.2 国外自动闭塞系统发展状况
• 1.2 DSP技术的最新发展及其在国内外铁路信号领域的应用现状
• 1.2.1 数字信号处理（DSP）技术的发展现状
• 1.2.2 数字信号处理技术在铁路信号中的应用
• 1.3 任务和技术要求
• 1.4 本论文的组织结构
• 2 铁路轨道信号及信号处理基础
• 2.1 各种制式的轨道信号
• 2.1.1 交流计数信号
• 2.1.2 国产移频信号
• 2.1.3 UM71信号
• 2.1.4 TVM430信号
• 2.2 轨道信号传输媒介
• 2.3 信号处理基本方法
• 2.3.1 信号采集
• 2.3.2 栅栏效应
• 2.3.3 加窗
• 2.3.4 快速傅里叶变换（FFT）
• 2.3.5 频谱细化技术（ZFFT）
• 2.4 本章小结
• 3 模拟系统设计实现
• 3.1 系统概述
• 3.1.1 信号传输部分
• 3.1.2 信号车载接收部分
• 3.2 数字信号处理器（DSP）芯片
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 TI公司TMS320系列通用数字信号处理器
• 3.2.3 TMS320VC33浮点数字信号处理器
• 3.2.4 TMS320VC5509A低功耗定点数字信号处理器
• 3.3 系统硬件设计
• 3.3.1 信号传输部分硬件设计
• 3.3.2 信号车载接收部分硬件设计
• 3.4 本章小结
• 4 系统软件设计实现
• 4.1 信号接收软件总体设计
• 4.2 各种制式铁路轨道信号的解调
• 4.2.1 交流计数信号的解调
• 4.2.2 FSK信号的解调
• 4.2.3 TVM430信号的解调
• 4.3 软件技术特点
• 4.3.1 滚动窗口帧处理技术与点处理技术结合
• 4.3.2 频域分析的优势
• 4.3.3 频域模式识别技术与信号分级策略
• 4.3.4 上灯原则
• 4.4 USB通信设计
• 4.4.1 批量数据传输工作流程
• 4.4.2 通信协议
• 4.4.3 主要程序功能介绍
• 4.5 PC上位机软件设计
• 4.6 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 对标准信号的测试
• 5.2 对现场信号的测试
• 5.2.1 交流计数信号的测试
• 5.2.2 国产移频和UM71信号的测试
• 5.2.3 TVM430信号的测试
• 5.3 本章小结
• 6 结束语
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集