基于DSP技術(shù)的機(jī)車信號交流計(jì)數(shù)信息譯碼原理

摘 要：交流計(jì)數(shù)電碼軌道電路是以不同數(shù)目的交流電碼作為信息電流向鋼軌中傳輸?shù)能壍离娐罚?0年代引進(jìn)以來，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。為了提高電氣化區(qū)段交流計(jì)數(shù)電碼式機(jī)車的可靠性，文章從理論上介紹了交流計(jì)數(shù)的電碼形式，分析了交流計(jì)數(shù)信號的頻譜。包括不同周期、不同碼型的頻譜，并通過現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)的記錄，提出了依靠理論基礎(chǔ)對交流計(jì)數(shù)進(jìn)行譯碼的幾種方法。最終通過不斷的對譯碼方法進(jìn)行改進(jìn)提出交流計(jì)數(shù)譯碼解決方案，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，譯碼正確，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)車信號；交流計(jì)數(shù)；DSP

1 概述

隨著鐵路運(yùn)輸向高速化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，機(jī)車信號作為一種控制行車速度，保障行車安全的設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，鐵路的電碼化更為機(jī)車信號車載系統(tǒng)的研制提供了非常有利的條件。目前，我國鐵路上實(shí)際投入運(yùn)行的自動閉塞軌道電路制式包括交流計(jì)數(shù)25周、交流計(jì)數(shù)50周、電化四信息移頻、非電化四信息移頻、極頻、18信息移頻、ZPW2000等。其中交流計(jì)數(shù)25周是我國電氣化鐵道區(qū)段上所用的主要制式之一，對交流計(jì)數(shù)信息譯碼的研究也是車載信息接收不可缺少的功能。基于DSP技術(shù)的機(jī)車信號主機(jī)采用DSP技術(shù)對交流計(jì)數(shù)機(jī)車信號進(jìn)行采樣和譯碼，通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際列車運(yùn)行中遇到的問題，對交流計(jì)數(shù)信息碼進(jìn)行了深入的理論研究和大量的實(shí)踐操作，已經(jīng)擁有比較成熟的譯碼方案，適合絕大多數(shù)鐵路線路使用。

2 交流計(jì)數(shù)電碼介紹

目前，交流計(jì)數(shù)電碼分為電氣化區(qū)段和非電氣化區(qū)段，各自又分為交流計(jì)數(shù)25Hz（電氣化）和交流計(jì)數(shù)50Hz（非電氣化）。電氣化區(qū)段和非電氣化區(qū)段的信號特征基本一致，由電碼信號及間隔組成。電碼區(qū)段交流計(jì)數(shù)電碼軌道電路發(fā)碼器發(fā)出的信號是25周或者50周的調(diào)幅信號，或者說是直流的計(jì)數(shù)電碼信號與25周或50周正弦信號相乘。間隔區(qū)段為無碼，信號為0，其時間特性如圖1所示。

圖中分別為三種燈色，L、U、HU，按照發(fā)碼周期時間不同，分為長周期1.9s和短周期1.6s，表現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)中，取1.6s為A碼，1.9s為B碼作為區(qū)分。按照電碼區(qū)段和非電碼區(qū)段的時間不同，微電子發(fā)碼與上述發(fā)碼又略有不同，分為四種燈色，分別為L、U、UU、HU，微電子發(fā)碼周期的選取也是按照A碼1.6s、B碼1.92s來設(shè)定。機(jī)車信號主機(jī)針對不同鐵路線路的發(fā)碼情況兼容大多數(shù)主流發(fā)碼器的發(fā)碼情況，根據(jù)不同的發(fā)碼情況選擇是三色燈還是四色燈。

3 譯碼方案

交流計(jì)數(shù)信號是脈動信號，根據(jù)頻譜圖分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜特征并不明顯，各種碼型之間的頻域差別比較小，所以通常的譯碼方法不適合交流計(jì)數(shù)。但是，交流計(jì)數(shù)的時域特征比較明顯，電碼化和非電碼化分別用1和0表示，用1和0的長度不同來判斷各種色燈。所以，將信號經(jīng)過濾波后進(jìn)行歸一化，并以此作為譯碼的基礎(chǔ)是比較可行的方案。

3.1 門限和周期控制

用時域判定的方法，通過采樣對時域信號進(jìn)行提取。3s為一個周期，由于交流計(jì)數(shù)譯碼的關(guān)鍵在于區(qū)分電碼區(qū)段和非電碼區(qū)段的時間，所以選定一個合理的門限值就顯得尤為重要，當(dāng)然這個門限值不能是固定的，需要隨著接收數(shù)據(jù)的變化而適當(dāng)調(diào)整，門限的初值我們會選用經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)的一個比較合理的經(jīng)驗(yàn)值。通過這個門限控制電碼區(qū)段和非電碼區(qū)段，把電碼區(qū)段和非電碼區(qū)段的個數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)相比較，在一定的誤差之內(nèi)，則認(rèn)為是此信息碼，不在此范圍認(rèn)為是無碼或亂碼。

在現(xiàn)場干擾比較小的情況下，這種譯碼方法經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，效果非常理想。但是如果干擾較大，會導(dǎo)致碼型畸變，跟標(biāo)準(zhǔn)碼相差太大。這時，單純用這種判別方式就非常容易出現(xiàn)掉碼或碼位重疊產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象。由此，加入周期判碼的方案，由于不管是A碼或者B碼，每個電碼周期不同，但是大周期是一樣的。都是A碼1.6s，B碼1.9s或1.92s，加入此限制后，很好的區(qū)別了A碼和B碼，使誤碼率大大降低。

3.2 相似度判別

門限加周期判碼方法雖然能夠很好的對交流計(jì)數(shù)信息進(jìn)行識別，但是此方法的基礎(chǔ)是發(fā)碼相對來說比較精確，在干擾非常大或極端情況下，此方法仍然存在掉碼或誤碼現(xiàn)象。因此，引進(jìn)了相似度的概念，對上述判碼方法進(jìn)行改進(jìn)，把實(shí)際交流計(jì)數(shù)信號歸一化之后的電碼區(qū)段、非電碼區(qū)段和標(biāo)準(zhǔn)電碼區(qū)段、非電碼區(qū)段進(jìn)行相似度比較，相似度系數(shù)取最大限度能接受的電碼區(qū)間。在相似度之內(nèi)的認(rèn)為是相應(yīng)的信息碼，相似度之外的認(rèn)為是無碼。這個補(bǔ)充能很好的彌補(bǔ)門限值的缺陷，對正確譯碼又作了多一層的保障。

4 軟件設(shè)計(jì)

機(jī)車信號主機(jī)采用DSP作為采樣和譯碼芯片，運(yùn)用C語言和匯編語言混合編程，匯編語言的使用只限于通用函數(shù)或?qū)λ俣纫蟊容^快的函數(shù)，這樣能夠充分發(fā)揮硬件優(yōu)勢。由于鐵路產(chǎn)品對實(shí)時性的要求，設(shè)計(jì)時需要把譯碼和控制輸出邏輯分開，保證譯碼速度。運(yùn)用了跳線技術(shù)和制式選擇技術(shù)，兼容移頻、ZPW2000、極頻等制式，并在各種制式直接可以自由轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)束語

交流計(jì)數(shù)25周和50周是鐵路軌道的重要制式之一，通過大量的鐵路運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，對此制式的譯碼方法也在不斷的改進(jìn)。但是由于交流計(jì)數(shù)屬于一種比較古老的制式，對它的研究已經(jīng)相對成熟，所以大規(guī)模的修改算法是不可行的。因此，可以根據(jù)交流計(jì)數(shù)發(fā)碼的特點(diǎn)，在經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾幼g碼條件，以避免掉碼或誤碼。

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