本发明属于城市轨道交通车地通信领域，尤其涉及一种基于互联网的直序扩频车地通信控制系统。
背景技术：
随着通信技术和信息技术的发展，计算机通过无线信道进行数据业务交换已被广泛应用于工业、商业、交通、军事等众多领域。当前的无线网络通讯系统广泛采用扩频通信技术，国内无线电管理委员会已将2.4～2.4835GHz频段开放为自由使用的工业、科学和医疗领域ISM频段。在城市轨道交通领域，无线通信技术也在包括通信信号、调度指挥、公安消防、移动通信以及旅客信息发布等不同系统中得到应用。时刻保持地铁列车与地面设备之间高速的数据交换已经成为确保地铁客运系统高效运转的基础和前提。
随着互联网的快速发展，单独的2.4G直序扩频技术通信已经满足不了需求，如何将互联网与2.4G直序扩频技术通信结合是当务之急。
技术实现要素：
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用互联网的高效数据传输和数据处理的优越性的一种基于互联网的直序扩频车地通信控制系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于互联网的直序扩频车地通信控制系统，包括轨旁主机控制器和车载主机控制器，所述轨旁主机控制器的输出端分别与存储器、声光控制器和屏蔽门控制器的输入端电性连接；所述轨旁主机控制器分别与第一无线射频收发模块和轨旁无线电台电性连接；所述第一无线射频收发模块通过GPRS网络与外部设备连接；所述轨旁无线电台通过2.4G扩频通信单元与车载无线电台连接；所述车载主机控制器分别与车载无线电台、RAM存储器、MRAM存储器、数据库和第二无线射频收发模块电性连接；所述第二无线射频收发模块通过GPRS网络与外部设备连接；所述第一无线射频收发模块通过GPRS网络与和第二无线射频收发模块。
进一步，所述轨旁主机控制器的输入端与第一供电模块的输出端电性连接。
进一步，所述声光控制器的输出端分别与警示灯、第一扬声器、照明灯和蜂鸣器的输入端电性连接。
进一步，所述屏蔽门控制器的输出端通过门控单元与屏蔽门驱动器的输入端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器的输入端与第二供电模块的输出端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器的输出端分别与LED显示屏和第二扬声器的输入端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器设置有同步正交跳频信号盲源分离模块，所述同步正交跳频信号盲源分离模块的同步正交跳频信号盲源分离方法包括以下步骤：
步骤一，利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个同步正交跳频电台的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号m＝1,2,…,M；
步骤二，对M路离散时域混合信号进行重叠加窗短时傅里叶变换，得到M个混合信号的时频域矩阵
p＝0,1,…,P-1,q＝0,1,…,Nfft-1，其中P表示总的窗数，Nfft表示FFT变换长度；(p，q)表示时频索引，具体的时频值为这里Nfft表示FFT变换的长度，p表示加窗次数，Ts表示采样间隔，fs表示采样频率，C为整数，表示短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，C<Nfft，且Kc＝Nfft/C为整数，也就是说采用的是重叠加窗的短时傅里叶变换；
步骤三，对步骤二中得到的跳频混合信号时频域矩阵进行预处理；对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中
步骤四，利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；
步骤五，根据步骤四估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；对所有采样时刻索引p判断该时刻索引属于哪一跳，具体方法为：如果则表示时刻p属于第l跳；如果则表示时刻p属于第1跳；对第l(l＝1,2,…)跳的所有时刻pl，估计该跳各跳频源信号的时频域数据，计算公式如下：
步骤六，对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接；估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：
表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即vc＝3×108米/秒；判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：
其中mn(l)表示第l跳估计的第mn(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Yn(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,Nfft-1，即
步骤七，根据源信号时频域估计值，恢复时域跳频源信号；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…)的频域数据Yn(p,q),q＝0,1,2,…,Nfft-1做Nfft点的IFFT变换，得到p采样时刻对应的时域跳频源信号，用yn(p,qt)(qt＝0,1,2,…,Nfft-1)表示；对上述所有时刻得到的时域跳频源信号yn(p,qt)进行合并处理，得到最终的时域跳频源信号估计，具体公式如下：
这里Kc＝Nfft/C，C为短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，Nfft为FFT变换的长度。
进一步，所述第一无线射频收发模块设置有信号检测模块，所述信号检测模块的信号检测方法包括以下步骤：
第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；
第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；
第三步，将信号x2同时进行二步处理：先将x2通过低通滤波器B，通频带为0--PBs，P<1，获得信号的低频时域信号x2L带宽为PBs；再将x2通过高通滤波器，通频带为PBs－Bs，获得信号的高频时域信号x2H带宽为(1-P)Bs；
第四步，利用时域累计，即时域信号的模的平方和，求出信号x2L的能量值EL，以及信号x2H的能量值EH；
第五步，求得比值R＝EL/EH；
第六步，门限标定，首先对有信号和无信号的数据进行多次求R值，通过统计概率获得门限C1和C2，C2>C1，C2值的大小主要影响漏检概率，C1的大小主要影响误警概率，所选择的门限应保证以上两种不利因数可能的小；
第七步，标志位flag的更新，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当R>C2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当R<C1时判定为当前未检测到信号，flag变为0；
第八步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程。
本发明具有的优点和积极效果是：该基于互联网的直序扩频车地通信控制系统，在2.4G直序扩频通信技术的基础上添加互联网技术，充分地利用互联网高效的数据传输与数据处理的优越性，保障车地高速、抗扰、实时双向数据交换和传递命令信号，外部设备通过GPRS网络可对轨旁主机控制器和车载主机控制器远程控制，提高了操作的便利性，设备操作简单，使用便捷。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于互联网的直序扩频车地通信控制系统结构示意图。
图中：1、轨旁主机控制器；2、第一供电模块；3、存储器；4、声光控制器；5、屏蔽门控制器；6、警示灯；7、第一扬声器；8、照明灯；9、蜂鸣器；10、门控单元；11、屏蔽门驱动器；12、第一无线射频收发模块；13、轨旁无线电台；14、GPRS网络；15、外部设备；16、2.4G扩频通信单元；17、车载无线电台；18、车载主机控制器；19、RAM存储器；20、MRAM存储器；21、数据库；22、第二无线射频收发模块；23、第二供电模块；24、LED显示屏；25、第二扬声器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合图1对本发明的结构作详细的描述：
本发明实施例提供的基于互联网的直序扩频车地通信控制系统，包括轨旁主机控制器1和车载主机控制器18，所述轨旁主机控制器1的输出端分别与存储器3、声光控制器4和屏蔽门控制器5的输入端电性连接；所述轨旁主机控制器1分别与第一无线射频收发模块12和轨旁无线电台13电性连接；所述第一无线射频收发模块12通过GPRS网络14与外部设备15连接；所述轨旁无线电台13通过2.4G扩频通信单元16与车载无线电台17连接；所述车载主机控制器18分别与车载无线电台17、RAM存储器19、MRAM存储器20、数据库21和第二无线射频收发模块22电性连接；所述第二无线射频收发模块22通过GPRS网络14与外部设备15连接；所述第一无线射频收发模块12通过GPRS网络14与和第二无线射频收发模块22。
进一步，所述轨旁主机控制器1的输入端与第一供电模块2的输出端电性连接。
进一步，所述声光控制器4的输出端分别与警示灯6、第一扬声器7、照明灯8和蜂鸣器9的输入端电性连接。
进一步，所述屏蔽门控制器5的输出端通过门控单元10与屏蔽门驱动器11的输入端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器18的输入端与第二供电模块23的输出端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器18的输出端分别与LED显示屏24和第二扬声器25的输入端电性连接。
进一步，所述车载主机控制器设置有同步正交跳频信号盲源分离模块，所述同步正交跳频信号盲源分离模块的同步正交跳频信号盲源分离方法包括以下步骤：
步骤一，利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个同步正交跳频电台的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号m＝1,2,…,M；
步骤二，对M路离散时域混合信号进行重叠加窗短时傅里叶变换，得到M个混合信号的时频域矩阵
p＝0,1,…,P-1,q＝0,1,…,Nfft-1，其中P表示总的窗数，Nfft表示FFT变换长度；(p，q)表示时频索引，具体的时频值为这里Nfft表示FFT变换的长度，p表示加窗次数，Ts表示采样间隔，fs表示采样频率，C为整数，表示短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，C<Nfft，且Kc＝Nfft/C为整数，也就是说采用的是重叠加窗的短时傅里叶变换；
步骤三，对步骤二中得到的跳频混合信号时频域矩阵进行预处理；对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中
步骤四，利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；
步骤五，根据步骤四估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；对所有采样时刻索引p判断该时刻索引属于哪一跳，具体方法为：如果l≥2，则表示时刻p属于第l跳；如果则表示时刻p属于第1跳；对第l(l＝1,2,…)跳的所有时刻pl，估计该跳各跳频源信号的时频域数据，计算公式如下：
步骤六，对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接；估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：
表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即vc＝3×108米/秒；判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：
其中mn(l)表示第l跳估计的第mn(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Yn(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,Nfft-1，即
步骤七，根据源信号时频域估计值，恢复时域跳频源信号；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…)的频域数据Yn(p,q),q＝0,1,2,…,Nfft-1做Nfft点的IFFT变换，得到p采样时刻对应的时域跳频源信号，用yn(p,qt)(qt＝0,1,2,…,Nfft-1)表示；对上述所有时刻得到的时域跳频源信号yn(p,qt)进行合并处理，得到最终的时域跳频源信号估计，具体公式如下：
这里Kc＝Nfft/C，C为短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，Nfft为FFT变换的长度。
进一步，所述第一无线射频收发模块设置有信号检测模块，所述信号检测模块的信号检测方法包括以下步骤：
第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；
第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；
第三步，将信号x2同时进行二步处理：先将x2通过低通滤波器B，通频带为0--PBs，P<1，获得信号的低频时域信号x2L带宽为PBs；再将x2通过高通滤波器，通频带为PBs－Bs，获得信号的高频时域信号x2H带宽为(1-P)Bs；
第四步，利用时域累计，即时域信号的模的平方和，求出信号x2L的能量值EL，以及信号x2H的能量值EH；
第五步，求得比值R＝EL/EH；
第六步，门限标定，首先对有信号和无信号的数据进行多次求R值，通过统计概率获得门限C1和C2，C2>C1，C2值的大小主要影响漏检概率，C1的大小主要影响误警概率，所选择的门限应保证以上两种不利因数可能的小；
第七步，标志位flag的更新，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当R>C2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当R<C1时判定为当前未检测到信号，flag变为0；
第八步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程。
工作原理：该基于互联网的直序扩频车地通信控制系统，一方面轨旁主机控制器1和车载主机控制器18通过轨旁无线电台13、2.4G扩频通信单元16和车载无线电台17进行双向数据交换，车载主机控制器18通过车载无线电台17、2.4G扩频通信单元16和轨旁无线电台13对轨旁主机控制器1发送操作指令，另一方面轨旁主机控制器1和车载主机控制器18通过第一无线射频收发模块12、GPRS网络14和第二无线射频收发模块22进行双向数据交流，车载主机控制器18通过第二无线射频收发模块22、GPRS网络14和第一无线射频收发模块12对轨旁主机控制器1发送操作指令，外部设备15通过GPRS网络14和第一无线射频收发模块12对轨旁主机控制器1进行远程控制，外部设备15通过GPRS网络14和第二无线射频收发模块22对车载主机控制器18进行远程控制，在2.4G直序扩频通信技术的基础上添加互联网技术，充分地利用互联网高效的数据传输与数据处理的优越性，提高了操作的便利性，第一供电模块2为轨旁主机控制器1提供电源，第二供电模块23为车载主机控制器18提供电源，第一无线射频收发模块12和第二无线射频收发模块22用于接收和发送无线网络信号。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。