专利名称：一种轨道电路解调的实现方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及轨道信号处理领域，更具体的说，涉及一种实现轨道电路载频解调、调制频率解调、过绝缘节检测的方法和装置。
背景技术：
随着列车运行速度的提升，预计在未来的列车运行中将逐步取消地面信号机而只使用机车信号，也就是说机车信号系统将是司机操作列车运行的最主要信号来源。铁路机车信号调制方式主要采用移频键控(FSK)方式，例如UM71型无绝缘(电气绝缘)轨道电路、国产18、FS-2500型轨道电路和ZPW-2000型无绝缘轨道电路等都使用FSK信号调制方式。 其中“ZPW-2000型无绝缘轨道电路系统”(UM71的改进系统)已经在2002年7月通过了铁道部科技成果鉴定，被鉴定委员会认为达到国内领先水平，并建议推广使用。由于历史原因，目前我国已投入使用的轨道制式还有交流计数25Hz、交流计数50Hz、交流计数75Hz、TVM430、电气化四信息移频、非电气化四信息移频、极频、国产18信息移频、国产18信息无绝缘移频和法国UM71等。按信号特点，这些信号分为极频信号、交流计数信号和移频信号。本技术方案所实现的轨道电路解调主要是针对移频键控方式的轨道电路。国内移频的载频分上行和下行，上行载频为650HZ和850HZ，下行为550HZ和750HZ ;调制频率的范围为7HZ-26HZ ;调制频率最小间隔为O. 5HZ ;频偏为55HZ。UM71和ZPW2000制式的载频分上行和下行，上行载频为2000HZ和2600HZ，下行为1700HZ和2300HZ ;调制频率范围稍有不同，UM71调制频率范围11. 4HZ-26. 8HZ, ZPW2000调制频率范围10. 3HZ-29. OHZ ;两种制式的调制频率最小间隔均为I. IHZ ;频偏均为11HZ。根据国内外轨道交通的发展趋势，拥有一种稳定的、可靠的轨道电路解调技术已迫在眉睫，针对这个问题，本发明提出一种轨道电路解调实现技术，虽然目前市场上已具有TCR轨道电路解调系统，但是其开发成本大，价格昂贵，并没能够智能的识别轨道制式并进行相应的解调。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种一种轨道电路解调的实现方法，其包括以下过程
首先，对轨道电路信号进行第一次采样得到第一采样信号，并对第一采样信号进行载频解调，得到载波信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息；
然后，根据所述载波信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息对轨道电路信号进行第二次采样，得到第二采样信号，并对第二采样信号进行调制频率的解调，其中第一次采样的频率高于第二次采样的频率，且第一次采样频符合奈奎斯特定理的采样率，第二次采样利用欠采样技术。较佳地，所述对轨道电路信号进行第一次采样并进行载波解调具体包括以下步骤
(1)设置Α/D采样率，调用Α/D采样接口函数采集数据得到第一采样；
(2)调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将第一采样信号的时域信号转换成频域信号；
(3)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的第一采样信号频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号；
(4)调用频谱处理函数接口对去除干扰信号后的第一采样信号频谱进行处理，查找出 载频所对应的极值点；
(5)结合理论计算标定的频谱极值点位置信息判别出载频信息。较佳地，根据所述步骤(5)中的载频信息判断轨道电路的轨道制式信息轨道上下行信息。较佳地，所述对轨道电路信号进行第二次采样并进行调制频率的解调过程为
(1)根据载频解调的结果，调用Α/D采样接口进行抽样采样得到所述第二采样信号；
(2)对所述第二采样信号每隔一个点进行抽样处理，并且在抽样后得到的信号后面补足零值，并调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将时域信号转换到频域；
(3)根据不同的载频信息，经过理论计算得出有效频谱值在整个频谱中的位置，并提取若干点有效的频谱值进行分析处理；
(4)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号，调用频谱处理函数对频谱进行处理，查找出最高峰及次高峰所对应的极值点位置；
(5)还原频谱极值点两边的频谱并调用频谱修正算法对频谱进行二次分析处理，在二次频谱分析的频谱中提取出调制频率频谱最高峰值与次高峰值的距离信息；
(6)根据理论计算标定判定出调制频率信息。同时，为了克服现有技术的缺陷，本发明还提供了一种轨道电路解调的实现装置，包括一解调第一卡模块、解调第二卡模块、通信第一卡模块和通信第二卡模块，
所述解调第一卡模块用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给所述通信第一卡模块，
所述解调第二卡模块用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给所述通信第二卡模块，
所述通信第一卡模块用于接收所述解调第一卡模块和所述通信第二卡模块发送的解调数据，并进行2取2表决，表决成功后向车载列控设备第一卡模块发送解调数据，
所述通信第二卡模块用于接收解调第二卡模块和通信第一卡模块发送的解调数据，并进行2取2表决，表决成功后向车载列控设备第二卡模块发送解调数据。较佳地，所述解调第一卡模块和解调第二卡模块都包括一采样解调模块、一通信输出模块，
所述采样解调模块用于独立的对轨道电路信息进行解调译码处理，得到解调后的轨道电路信号并发给对应的通信输出模块，
所述通信输出模块用于将解调数据发送给对应的通信卡模块。较佳地，所述通信第一卡模块和通信第二卡模块同均分别包括一内外通信处理模块和一 2取2表决模块，
所述内外通信处理模块通过外部通信从所述解调第一卡模块或解调第二卡模块中接收解调数据，并将接收到的解调数据通过内部通信分别发送给所述通信第一卡模块或通信第二卡模块，当所述2取2表决成功后将解调数据通过外部通信发送给所述车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块，
所述2取2表决模块将所述解调第一卡模块或解调第二卡模块发送的数据和所述通信第一卡模块或通信第二卡模块发送的数据分别进行比较，比较成功后发送给所述车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块，多次表决不成功则向所述车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块发送制动色灯信号使列车制动停车，执行安全处理操作。与现有技术相比，本发明的有益效果如下
本发明在保证解调实时性的情况下使解调的功能更加强大，即轨道电路解调能智能的 识别轨道电路制式信息，不需要使用硬件方式来设置需要解调的轨道电路制式，这使轨道电路解调的实现更加智能化，更加人性化。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
图I为本发明提供的实现轨道电路信号解调的装置的结构示意 图2为轨道电路的载频解调的实现流程 图3为轨道电路的调制频率解调实现流程 图4为轨道电路过绝缘节检测实现流程图。
具体实施例方式如图I所示，本发明提供了一种轨道电路解调的实现装置，其包括解调第一卡模块I和解调第二卡模块3、通信第一卡模块2、通信第二卡模块4，其中解调第一卡模块I和解调第二卡模块3都包括采样解调模块5和通信输出模块6，通信第一卡模块2和通信第二卡模块2都包括内外通信处理模块7和二取二表决模块8。解调第一卡模块I用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给通信第一卡模块2 ;解调第二卡模块3用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给通信第二卡模块；通信第一卡模块2用于接收解调第一卡模块I和通信第二卡模块4发送的解调数据，并进行二取二表决，表决成功后向车载列控设备第一卡模块9发送解调数据；通信第二卡模块4用于接收解调第二卡模块3和通信第一卡模块2发送的解调数据，并进行二取二表决，表决成功后向车载列控设备第二卡模块10发送解调数据。采样解调模块5用于独立的对轨道电路信息进行解调译码处理，得到解调后的轨道电路信号并发给对应的通信输出模块6，通信输出模块6用于将解调数据发送给对应的通信卡模块中。内外通信处理模块7通过外部通信从解调第一卡模块I或解调第二卡模块3中接收解调数据，并将接收到的解调数据通过内部通信发送给所述通信第一卡模块2或通信第二卡模块4，当二取二表决成功后将解调数据通过外部通信发送给车载列控设备第一卡模块9或车载列控设备第二卡模块10，
二取二表决模块8将解调第一卡模块I或解调第二卡模块3发送的数据和通信第一卡模块2或通信第二卡模块4发送的数据进行比较，比较成功后发送给车载列控设备第一卡模块9或车载列控设备第二卡模块10，多次表决比较不成功则向该车载列控设备发送制动色灯信号使列车制动停车，执行安全处理操作。本发明提供了一种轨道电路解调的实现方法，其包括以下过程，
在轨道电路解调时，首先进行第一次采样得到第一采样信号，第一采样信号经过快速傅里叶变换算法处理后将采样得到的时域信号转化为频域信号，提取载频信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息，然后根据载频解调结果进行第二次采样得到第二采样信号，第二采样信号经过抽样、补零及傅里叶算法处理后将采样得到的时域信号转化为频域信号，并进行频谱滤波、频谱修正等算法后提取出轨道电路调制频率信号，其中第一次采样的频率高于第二次采样的频率，且第一次采样频符合奈奎斯特定理的采样率，第二次采样利用 欠采样技术。根据载频解调和调制频率解调需求的不同，其中第一次采样的时间较短，采样的数据量较少，第二次采样时间较长，采样的数据量较第一次采样的数据量多。具体实施过程如下
如图2所示为轨道电路载频解调，其实现的流程步骤如下
(1)设置Α/D采样率，调用Α/D采样接口函数采集数据得到第一采样；
(2)调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将第一采样信号的时域信号转换成频域信号；
(3)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的第一采样信号频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号；
(4)调用频谱处理函数接口对去除干扰信号后的第一采样信号频谱进行处理，查找出载频所对应的极值点；
(5)结合理论计算标定的频谱极值点位置信息判别出载频信息。如图3示为轨道电路调制频率解调，如图4所示，其实现的流程步骤如下
(1)根据载频解调的结果，调用Α/D采样接口进行抽样采样得到所述第二采样信号；
(2)对所述第二采样信号每隔一个点进行抽样处理，并且在抽样后得到的信号后面补足零值，并调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将时域信号转换到频域；
(3)根据不同的载频信息，经过理论计算得出有效频谱值在整个频谱中的位置，并提取若干点有效的频谱值进行分析处理；
(4)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号，调用频谱处理函数对频谱进行处理，查找出最高峰及次高峰所对应的极值点位置；
(5)还原频谱极值点两边的频谱并调用频谱修正算法对频谱进行二次分析处理，在二次频谱分析的频谱中提取出调制频率频谱最高峰值与次高峰值的距离信息；
(6)根据理论计算标定判定出调制频率信息。轨道电路过绝缘节检测，如图4所示，其实现流程如下
(1)根据轨道电路载频解调模块的载频输出，判断轨道电路的轨道制式和轨道上下行信息；
(2)根据不同的轨道制式和轨道上下行的过绝缘节条件，并且结合载频信息的变化进行过绝缘节判断。该方案解调的算法包括快速傅里叶变换算法、欠采样算法、信号处理中抽样、补零算法、频谱修正算法及频谱滤波的频谱处理算法，它们都是通过软件技术实现的，提高了解调实时性和解调频率的分辨率。抽样、补零以及进行快速傅里叶变换运算，数字信号处理中，抽样、补零并进行快速傅里叶变换运算不仅可以提高频率分辨率，同时可以降低解调的时间，提高解调的实时性；频谱修正技术，在对多频周期信号在频域内进行分析时，要对采样之后的离散信号序列进行离散傅里叶变换；与连续时间的离散傅里叶变换不同，由于离散傅里叶变换在时域和频域内都是离散的，并且对被处理信号时有限长度记录，此时必须考虑这些因素所产生的一些频谱的泄露，进行频谱修正算法后的频谱将原来有泄露的频谱进行还原，进一步提高了轨道电路解调的可靠性和稳定性。
频谱处理技术，即是对频谱修正后的频谱进行滤波、频谱修正前的频谱还原以及极值点的查找，从而可以提取出轨道电路的信息，实现解调。本发明在保证解调实时性的情况下使解调的功能更加强大，即轨道电路解调能智能的识别轨道电路制式信息，不需要使用硬件方式来设置需要解调的轨道电路制式，这使轨道电路解调的实现更加智能化，更加人性化。以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式
。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
1.一种轨道电路解调的实现方法，其特征在于，包括以下过程 首先，对轨道电路信号进行第一次采样得到第一采样信号，并对第一采样信号进行载频解调，得到载波信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息； 然后，根据所述载波信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息对轨道电路信号进行第二次采样，得到第二采样信号，并对第二采样信号进行调制频率的解调，其中第一次采样的频率高于第二次采样的频率，且第一次采样符合奈奎斯特定理的采样率，第二次采样利用欠采样技术。
2.如权利要求I所述的轨道电路解调的实现方法，其特征在于，所述对轨道电路信号进行第一次采样并进行载频解调具体包括以下步骤 (1)设置A/D采样率，调用A/D采样接口函数采集数据得到第一采样信号； (2)调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将第一采样信号从时域信号转换成频域信号； (3)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的第一采样信号的频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号； (4)调用频谱处理函数接口对去除干扰信号后的第一采样信号的频谱进行处理，查找出载频所对应的极值点； (5)结合理论计算标定的频谱极值点位置信息判别出载频信息。
3.如权利要求2所述的轨道电路解调的实现方法，其特征在于，根据所述步骤(5)中的载频信息判断轨道电路的轨道制式信息及轨道上下行信息。
4.如权利要求I所述的轨道电路解调的实现方法，其特征在于，所述对轨道电路信号进行第二次采样并进行调制频率的解调过程为 (1)根据载频解调的结果，调用A/D采样接口进行抽样采样得到所述第二采样信号； (2)对所述第二采样信号相等间隔进行抽样处理，并且在抽样后得到的信号后面补足零值，并调用FFT接口进行快速傅里叶变换，将快速傅里叶变换后的信号从时域信号转换到频域信号； (3)根据不同的载频信息，经过理论计算得出有效频谱值在整个频谱中的位置，并提取若干点有效的频谱值进行分析处理； (4)调用限幅滤波函数接口对FFT算法处理后的频谱进行限幅滤波，去除一些干扰信号，调用频谱处理函数对频谱进行处理，查找出最高峰及次高峰所对应的极值点位置； (5)还原频谱极值点两边的频谱点并调用频谱修正算法对频谱进行二次分析处理，在二次频谱分析的频谱中提取出调制频率频谱最高峰值与次高峰值的距离信息； (6)根据理论计算标定判定出调制频率信息。
5.一种轨道电路解调的实现装置，其特征在于，包括一解调第一卡模块、解调第二卡模块、通信第一卡模块和通信第二卡模块， 所述解调第一卡模块用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给所述通信第一卡模块， 所述解调第二卡模块用于接收轨道电路信息并进行解调，然后将解调完成的数据发送给所述通信第二卡模块， 所述通信第一卡模块接收所述解调第一卡模块和所述通信第二卡模块发送的解调数据，并进行2取2表决，表决成功后向车载列控设备第一卡模块发送解调数据，所述通信第二卡模块接收所述解调第二卡模块和所述通信第一卡模块发送的解调数据，并进行2取2表决，表决成功后向车载列控设备第二卡模块发送解调数据。
6.如权利要求5所述的轨道电路解调的实现装置，其特征在于，所述解调第一卡模块和解调第二卡模块都包括一米样解调模块、一通信输出模块， 所述采样解调模块用于独立的对轨道电路信息进行解调译码处理，得到解调后的轨道电路信号并发给对应的通信输出模块， 所述通信输出模块用于将解调数据发送给对应的通信卡模块。
7.如权利要求5所述的轨道电路解调的实现装置，其特征在于，所述通信第一卡模块和通信第二卡模块均分别包括一内外通信处理模块和一 2取2表决模块， 所述内外通信处理模块通过外部通信从所述解调第一卡模块或所述解调第二卡模块中接收解调数据，并将接收到的解调数据通过内部通信分别发送给所述通信第一卡模块或通信第二卡模块，当所述2取2表决模块表决成功后将解调数据通过外部通信发送给车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块， 所述2取2表决模块将所述解调第一卡模块或所述解调第二卡模块发送的数据和所述通信第一卡模块或所述通信第二卡模块发送的数据分别进行比较，比较成功后发送给车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块，多次表决不成功则向车载列控设备第一卡模块或车载列控设备第二卡模块发送制动色灯信号使列车制动停车，执行安全处理操作。
全文摘要
本发明公开了一种轨道电路解调的实现方法和装置，该方法过程为先对轨道电路信号进行第一次采样，对第一次采样后的轨道电路信号的载频解调得到载波信息、轨道制式信息以及轨道上下行信息，然后，根据上述信息对轨道电路信号进行第二次采样，并对第二次采样后的轨道电路信号进行调制频率的解调；该过程中所使用到的装置包括一解调第一卡模块、解调第二卡模块、通信第一卡模块和通信第二卡模块。本发明在保证解调实时性的情况下使解调的功能更加强大，即轨道电路解调能智能的识别轨道电路制式信息，不需要使用硬件方式来设置需要解调的轨道电路制式，这使轨道电路解调的实现更加智能化，更加人性化。
文档编号H03D1/02GK102969979SQ20121046764
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者陈盈锋, 陈龙, 何伟挺, 陈志华 申请人:浙江网新中控创新技术研究开发有限公司