一种相敏轨道电路智能接收器及信号处理方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种相敏轨道电路智能接收器及信号处理方法。

背景技术：
25Hz相敏轨道电路是根据铁道部(78)铁基字1422号文件仿苏研制。自1980年在石家庄Ⅲ、Ⅳ场上道后，工作稳定可靠，并在全路推广使用。由于器材的参数选择得当，25Hz相敏轨道电路在技术条件允许的范围内，有可靠的调整、分路和断轨检查。接收器是25Hz相敏轨道电路的接收设备，负责对轨道电路的调整、分路两种状态进行监测，其早期的接收设备采用二元二位继电器，在全路长期使用中发现有接点卡阻、返还系数低、电气化干扰大时翼板震颤等问题。根据上述情况，国内开始将微电子技术应用于25Hz相敏轨道电路的接收设备。1997年，中国铁道科学研究院研发的JXW-25A、JXW-25B型微电子相敏轨道电路接收器，以微处理器为基础，采用数字处理技术完成对相敏轨道电路的接收功能，提高了返还系数和对电气化的抗干扰能力。随着铁路运输事业的不断发展，牵引吨位提高、客运提速，牵引电流随之大幅提高，进而造成轨道电路的非正常占用即“红光带”现象时有发生。鉴于这种情况，各研究机构对轨道电路设备进行了更新改造，如扼流变压器铁心开气隙、修改防护盒、增加适配器等。这些更新改造措施虽然在一定程度上缓解了“红光带”现象，但在另一发面却造成轨道电路特性阻抗与负载阻抗严重失配，轨道电路的分路残压变高，出现了分路不良现象，即接收设备无法检测到列车对轨道电路的占用信息。轨道电路分路不良容易造成列车出轨、追尾等安全事故，影响铁路运营效率。另外，随着铁路运营里程的不断增加，轨道电路设备的维修维护工作日益繁重。如果能对轨道电路的运行情况进行实时监测，现场维护人员就可以根据监测结果对轨道电路的运行状况进行分析，指导维修工作。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种相敏轨道电路智能接收器及信号处理方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：依据本发明的一个方面，提供了一种相敏轨道电路智能接收器，包括信号输入单元、防混叠滤波单元、数字信号处理单元、动态安全与门和模块开关电源，所述信号输入单元、防混叠滤波单元、数字信号处理单元和动态安全与门依次连接。其中，所述信号输入单元用于接收轨道信号并进行防雷、隔离和匹配处理，生成第一轨道信号，还用于接收局部信号并进行光电隔离和衰减处理，生成第一局部信号；所述防混叠滤波单元用于对所述第一轨道信号进行防混叠滤波处理，生成第二轨道信号和第三轨道信号；还用于对所述第一局部信号进行防混叠滤波处理，生成第二局部信号；所述数字信号处理单元对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理及“突变”检测，生成两路控制脉冲信号；用于监测自身工作状态，当发现自身工作状态异常时，生成报警脉冲，否则不做任何处理；还用于对所述第三轨道信号进行智能信息检测，并将检测结果对外输出；所述动态安全与门将两路控制脉冲信号转换成直流电压信号并驱动外部轨道继电器；所述模块开关电源用于接收外部电压，并完成电压转换，为所述信号输入单元、防混叠滤波单元、数字信号处理单元和动态安全与门提供电源。依据本发明的另一个方面，提供了一种信号处理方法，包括：步骤1：接收轨道信号并进行防雷、隔离和匹配处理，生成第一轨道信号；步骤2：对所述第一轨道信号进行防混叠滤波处理，生成第二轨道信号和第三轨道信号；步骤3：接收局部信号并进行光电隔离和衰减处理，生成第一局部信号；步骤4：对所述第一局部信号进行防混叠滤波处理，生成第二局部信号；步骤5：对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理，生成两路控制脉冲信号；步骤6：将所述两路控制脉冲信号转换成直流电压信号并驱动外部轨道继电器；步骤7：对所述第三轨道信号进行智能信息检测，并将检测结果对外输出。本发明的有益效果是：本发明的一种相敏轨道电路智能接收器及信号处理方法，在完全实现二元二位继电器、微电子相敏轨道电路接收器的功能的前提下，增加“突变”检测功能解决分路不良问题；并对轨道电路状态、接收设备状态、轨道信号、局部信号、电气化干扰信号及电码化干扰信号进行监测，方便现场维修人员的使用。附图说明图1为本发明的一种相敏轨道电路智能接收器结构示意图；图2为本发明的一种相敏轨道电路智能接收器中信号输入单元和防混叠滤波单元电路图；图3为本发明的一种相敏轨道电路智能接收器中动态安全与门和模块开关电源电路图；图4为本发明的一种信号处理方法流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、信号输入单元，2、防混叠滤波单元，3、数字信号处理单元，4、动态安全与门，5、模块开关电源，6、防混叠滤波晶体电路，7、3.3V电源供电电路；11、轨道信号输入电路，12、局部信号输入电路，21、第一防混叠滤波器，22、第二防混叠滤波器，23、第三防混叠滤波器。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，除非另有明确的规定和限定。本发明中，我们定义：当轨道电路空闲时，第二轨道信号和第二局部信号的积分值在0.5秒内突降不小于“存储值”的20％并持续时间不小于1.5秒，(存储值为轨道继电器由吸起状态变为落下状态前5分钟的积分值的平均值)，称为“突变“。实施例一、一种相敏轨道电路智能接收器，下面将结合图1对本实施例提供的一种相敏轨道电路智能接收器进行详细的说明。如图1、2、3所示，一种相敏轨道电路智能接收器，包括信号输入单元1、防混叠滤波单元2、数字信号处理单元3、动态安全与门4和模块开关电源5，所述信号输入单元1、防混叠滤波单元2、信号处理单元和动态安全与门4依次连接。其中，所述信号输入单元1用于接收轨道信号并进行防雷、隔离和匹配处理，生成第一轨道信号，还用于接收局部信号并进行光电隔离和衰减处理，生成第一局部信号；所述防混叠滤波单元2用于对所述第一轨道信号进行防混叠滤波处理，生成第二轨道信号和第三轨道信号；还用于对所述第一局部信号进行防混叠滤波处理，生成第二局部信号；所述数字信号处理单元3对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理及“突变”检测，生成两路控制脉冲信号；用于监测自身工作状态，当发现自身工作状态异常时，生成报警脉冲，否则不做任何处理；还用于对所述第三轨道信号进行智能信息检测，并将检测结果对外输出；所述动态安全与门4将两路控制脉冲信号转换成直流电压信号并驱动外部轨道继电器；所述模块开关电源5用于接收外部电压，并完成电压转换，为所述信号输入单元1、防混叠滤波单元2、数字信号处理单元3和动态安全与门4提供电源。本实施例中所述信号输入单元1包括轨道信号输入电路11和局部信号输入电路12，所述轨道信号输入电路11和局部信号输入电路12分别与所述防混叠滤波单元2连接。其中，所述轨道信号输入电路11用于对输入的轨道信号进行防雷、隔离和匹配处理，生成第一轨道信号。从图中可以看出，所述轨道信号输入电路11包括变压器B0，所述变压器B0对输入的信号进行防雷、隔离和匹配处理后输出。所述局部信号输入电路12用于对输入的局部信号进行光电隔离和衰减处理，生成第一局部信号。从图中可以看出，所述局部信号输入电路12包括光电耦合器U5，所述局部信号经过光电耦合器U5光电隔离和衰减后输出。本实施例中，所述防混叠滤波单元2包括第一防混叠滤波器21、第二防混叠滤波器22和第三防混叠滤波器23。从图中可以看出，所述第一防混叠滤波器21、第二防混叠滤波器22和第三防混叠滤波器23分别包括有源滤波器U1、U4、U6，分别对第一轨道信号或第一局部信号进行滤波。这里我们采用型号为MAX7404EPA的8阶开关电容椭圆低通滤波器。其中，所述第一防混叠滤波器21用于对所述第一轨道信号进行滤波，滤除第一轨道信号中除信号频率为25Hz以外的干扰信号，生成第二轨道信号；所述第二防混叠滤波器22用于对所述第一局部信号进行滤波，滤除第一局部信号中除信号频率为25Hz以外的干扰信号，生成第二局部信号；所述第三防混叠滤波器23用于对所述第一轨道信号进行滤波，滤除第一轨道信号中信号频率高于3000Hz的信号，生成第三轨道信号。本实施例中，所述数字信号处理单元3包括第一数字信号处理器DSP1、第二数字信号处理器DSP2和第三数字信号处理器DSP3。其中所述第一数字信号处理器DSP1和所述第二数字信号处理器DSP2均用于对所述第二轨道信号和第二局部信号依次进行AD转换、数字滤波、积分值计算及“突变”检测；当检测到积分值满足轨道继电器吸起的条件时，生成两路控制脉冲信号，控制轨道继电器吸起；当检测到积分值满足轨道继电器落下的阈值条件或“突变”时，停止生成控制脉冲信号，控制轨道继电器落下；所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2还用于对自身工作状态进行检测，当检测到自身故障时，生成报警脉冲并输出至所述第三数字信号处理器DSP3，并停止生成控制脉冲信号，控制轨道继电器落下；所述第三数字信号处理器DSP3用于对所述第二轨道信号和第二局部信号的电压、频率、相位角和第三轨道信号中的电气化干扰信号、电码化干扰信号进行检测并将检测结果对外输出，用于接收报警脉冲并生成报警信息对外输出，还用于检测自身故障，当检测到自身故障时，生成报警信息对外输出。本实施例中，所述第一数字信号处理器DSP1和所述第二数字信号处理器DSP2基于轨道信号与局部信号的积分值进行“突变”检测，提高了轨道电路的分路能力，保证轨道电路安全、可靠工作。另外，所述增加了第三数字信号处理器DSP3对轨道电路状态、局部信号频率、轨道信号电压、局部与轨道之间的相位角、电气化干扰信号及电码化干扰信号等的监测功能，并可将数据通过CAN通信方式对外输出，方便现场维护人员排查故障，从而减轻维护工作劳动强度，节约维护成本。需要指出的是，所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2对所述第二轨道信号与第二局部信号的积分值计算结果双向相互校核，当相互校核一致时，所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2才能将所述控制脉冲信号分别输出至所述动态安全与门(4)；否则所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2自动复位。通过所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2同时进行计算并对计算结果进行相互校核，提高轨道电路的可用性、可靠性、可维护性和安全性，降低轨道电路的故障率。优选地，所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2均对自身的工作状态进行监测，当发现自身工作状态异常时，生成报警脉冲并通过所述第三数字信号处理器DSP3对外输出。优选地，本实施例还包括防混叠滤波晶体电路6，所述防混叠滤波晶体电路6分别与所述第一防混叠滤波器21和第二防混叠滤波器22连接。从图中可以看出所述防混叠滤波晶体电路6包括串行计数器U3，用于给所述第一防混叠滤波器21和第二防混叠滤波器22提供时钟信号。另外，所述第三防混叠滤波器23中也包括一个串行计数器U6，用于给所述第三防混叠滤波器23提供时钟信号。这里的串行计数器U3、U6我们均采用型号为74HC4020的串行计数器来实现分频功能。另外，从图中可以看出，本实施例中还包括3.3V电源供电电路7，所述3.3V电源供电电路7分别与所述第一防混叠滤波器21、第二防混叠滤波器22和第三防混叠滤波器23连接，用于分别给所述第一防混叠滤波器21、第二防混叠滤波器22和第三防混叠滤波器23提供3.3V电压。所述3.3V电源供电电路7包括一个正向低压降稳压芯片U2，所述正向低压降稳压器U2采用型号为AMS1117CS-3.3的正向低压降稳压芯片。本实施例中，通过外部电源为所述模块开关电源5提供24V电压，所述模块开关电源5直接将24V电压输出至所述动态安全与门4，同时将24V电压转化为5V输出至所述3.3V电源供电电路，所述3.3V电源供电电路将5V电压转化为3.3V为所述防混叠滤波单元2和数字信号处理单元3供电。本实施例中，所述第一数字信号处理器DSP1与第二数字信号处理器DSP2以及动态安全与门4均满足铁路信号故障安全原则。另外，所述第三数字信号处理器DSP3采用CAN通信方式完成报警及智能监测信息的对外输出。实施例二、一种信号处理方法，下面将结合图4对本实施例提供的一种信号处理方法进行详细描述。如图4所示，一种信号处理方法流程图，包括：步骤1：接收轨道信号并进行防雷、隔离和匹配处理，生成第一轨道信号；步骤2：对所述第一轨道信号进行防混叠滤波处理，生成第二轨道信号和第三轨道信号；步骤3：接收局部信号并进行光电隔离和衰减处理，生成第一局部信号；步骤4：对所述第一局部信号进行防混叠滤波处理，生成第二局部信号；步骤5：对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理，生成两路控制脉冲信号；步骤6：将所述两路控制脉冲信号转换成直流电压信号并驱动外部轨道继电器；步骤7：对所述第三轨道信号进行智能信息检测，并将检测结果对外输出。其中，所述步骤2中对所述第一轨道信号进行防混叠滤波处理的具体实现为：步骤S1：对所述第一轨道信号进行滤波，滤除第一轨道信号中除信号频率为25Hz以外的干扰信号，生成第二轨道信号；步骤S2：对所述第一轨道信号进行滤波，滤除第一轨道信号中信号频率高于3000Hz的信号，生成第三轨道信号。上述步骤4中，对所述第一局部信号进行防混叠滤波处理的具体实现为：对所述第一局部信号进行滤波，滤除第一局部信号中除信号频率为25Hz以外的干扰信号，生成第二局部信号。所述步骤5中对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理的具体实现为：步骤S1：对所述第二轨道信号和第二局部信号依次进行AD转换、数字滤波、积分值计算及“突变”检测，当检测到积分值满足轨道继电器吸起的条件时，生成两路控制脉冲信号，控制轨道继电器吸起；当检测到积分值满足轨道继电器落下的阈值条件或“突变”时，停止生成控制脉冲信号，控制轨道继电器落下；步骤S2：对所述第二轨道信号和第二局部信号的电压、频率、相位角和第三轨道信号中的电气化干扰信号、电码化干扰信号进行检测并将检测结果对外输出。所述步骤5中对所述第二轨道信号和第二局部信号进行数字信号处理完成后，对所述第二轨道信号与第二局部信号的检测结果双向相互校核，当相互校核一致时，所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2才能将所述控制脉冲信号分别输出至所述动态安全与门4；否则所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2自动复位。通过所述第一数字信号处理器DSP1和第二数字信号处理器DSP2同时进行计算并对结算结果进行相互校核，可靠性与安全性高。本发明的一种相敏轨道电路智能接收器及信号处理方法，在完全实现二元二位继电器、微电子相敏轨道电路接收器的功能的前提下，增加“突变”功能解决分路不良问题；并对轨道电路状态、接收设备状态、轨道信号、局部信号、电气化干扰信号及电码化干扰信号进行监测，方便现场维修人员的使用。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。