一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，包括：通过前置电路对数字编码FSK轨道电路信息进行预处理；基于离散傅立叶变换对预处理后的数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析：对全部基本频点信息进行解调，并对解调出的码元信息流进行校验，对其中的有效帧信息进行频谱幅值计算，并对相应基本频点的上下边频幅值进行比较，依据轨道电路BFSK定义输出码元相应的码元值并记录。

An Information Demodulation Method for Digital Coded FSK Track Circuit Based on Spectrum Analysis

【技术实现步骤摘要】
一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法
本专利技术涉及铁路信号频谱分析
，尤其涉及一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法。
技术介绍
移频键控(FSK)是信息传输中使用较早的一种调制方式，它的主要优点是：实现较容易，抗噪声与抗衰减性能较好，在中低速数据传输中得到广泛的应用。FSK是用数字信号去调制载波的频率，如果是采用二进制调制信号，则称为BFSK。数字编码FSK轨道电路是列车自动控制系统轨旁设备和车载设备之间主要的通信接口。该轨道电路从轨道逻辑处理器获得数据并进行编码，然后将编码数据帧以BFSK调制方式发送到钢轨上，列车自动控制系统通过感应器接收和解码该数据帧，完成列车控制功能。与常规BFSK不同，这种轨道电路在不同的轨道区段上的基本频率不同，而BFSK的信息是由该基本频率的上下边频构成，同时在列车跨越轨道区段间的电子绝缘节时，解调信息的基本频率会发生切换。因此该解调方法应具备快速解调不同基本频率上下边频的能力。BFSK信号的解调大致可分为两大类，分别是相干方式解调和非相干方式解调。由于相干数字解调需要恢复载波并同步载波相位，技术实现困难且成本较高，不适宜一般工程实现。非相干数字解调方式则有较多的应用，在城市轨道交通领域，目前国内地铁线路轨道电路加载信息主要采用数字编码FSK技术，而解调基本采用模拟电路搭建的BFSK非相干解调方式，其设备构成比较复杂，任何一处电路出现故障或受扰都将影响信号的接收，从而影响行车。同时，目前的轨道电路编码解调基本在同一时间点只能解析一个基本频点上的信息，当设备初始化时，需要首先经过一段扫频过程，扫频结束后才能开始数字编码信息解调。当车辆经过轨道电路绝缘节时，基本频率发生跳转，此时经常需要重新扫频以继续编码信息解调，这种方式对最小区段长度及最大行车速度都存在一定的限制，当行车速度过高或岔区区段长度较短时，容易造成丢码，影响行车。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，可以多基本频点信息同时解调，无需频点扫描，解调速度快。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，包括：通过前置电路对数字编码FSK轨道电路信息进行预处理；基于离散傅立叶变换对预处理后的数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析：对所有基本频点信息均分别进行分组采样，并计算相应的频谱幅值，从而完成信息解调，对解调出的码元信息流进行校验，以提取有效帧信息，并将提取的有效帧信息通过通信方式将帧信息输出。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，其具有实现方式简单、实用性强、并能对多个基本频点的信息编码在同一时间点进行解调，并从中选出正确的信息。相比于传统方案，加快了解调速度，无需频点扫描，保障了行车安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法的硬件结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调原理示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，该方法具有实现方式简单、实用性强的优点，能对多个基本频点的信息编码在同一时间点进行解调，并从中选出正确的信息，该方法主要过程为：1、通过前置电路对数字编码FSK轨道电路信息进行预处理；2、基于离散傅立叶变换对预处理后的数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析：对所有基本频点信息均分别进行分组采样，并计算相应的频谱幅值，从而完成信息解调，对解调出的码元信息流进行校验，以提取有效帧信息，并将提取的有效帧信息通过通信方式将帧信息输出。为便于理解，下面针对本专利技术实施例的硬件结构及相关原理做详细的介绍。一、硬件结构。本专利技术实施例中，数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析可以通过DSP(数字信号处理单元)实现，相关的前置电路主要包括：依次连接的低通滤波单元、限幅放大单元、抗混叠滤波单元以及A/D模数转换单元，硬件结构如图1所示。车载接收天线接收数字编码FSK轨道电路信息并通过放大器将信号增强后，输入至低通滤波单元；低通滤波单元，用于抑制车载接收天线耦合进来的高频干扰信号，提高信号的信噪比；限幅放大单元，用于将通过低通滤波单元的输出信号进行整形，将信号幅值控制在相对一致的范围，抑制了信号幅值变化对信息处理的影响，只保留频率变化对信号处理的影响，从而很大程度上提升了信号输入的动态范围；抗混叠滤波单元，用于抑制因限幅放大而产生的高次谐波信号，降低A/D采样过程中的信号混叠；A/D模数转换单元，将抗混叠滤波单元输出的模拟信号转换为数字信号。DSP进行频谱分析，将数字编码FSK轨道电路信息进行解调，将解调出的数字报文通过数字通信端口输出至上位系统。在实际操作中，A/D模数转换单元可以设置在DSP内部，低通滤波单元、限幅放大单元与抗混叠滤波单元，则可以理解为前端的模拟电路信号调理部分。上述硬件构成简单清晰，去掉大部分复杂的模拟电路，提高了系统的可靠性与可维护性；减小了板卡面积与数量，占用车辆空间小；而且整体成本较低。二、工作原理。本专利技术实施例中，频谱分析基于离散傅立叶变换(DFT)实现，DFT在数字信号处理领域起着重要的作用。DFT转换后得到的每个频点对应一个实数值和一个虚数值，由这两个数值表示该点频率分量的向量。实部和虚部的平方和的方根即为该频点的信号幅值，而实部与虚部之比的反正切即为该频点的信号相位。由于非相干解调只需信号频点幅值信息而无需相位信息，也就无需计算相位。本专利技术实施例中，在每个接收的数字编码码元的时间范围内，通过频谱分析的方法计算出每个基本频率的上下边频点的信号幅值。由于非相干解调没有信号相位同步，因此每个码元时间范围内的解调应采用至少三组相互间隔的采样点进行计算，以便确保至少两组解调信息可以避开码元频率变化的边沿。本专利技术实施例中，将预处理后的数字编码FSK轨道电路信息的基本频点数设为N，将解调的采样点分组数设为M，频谱分析过程如图2所示，主要包括：基本频点分组采样：每一基本频点的采样组数为M，对上下边频幅值进行比较，依据轨道电路BFSK定义输出码元0或1，并记录相应码元值，则每一基本频点对应M个码元值；采样组解调：对于每一基本频点，根据相应码元值进行频谱幅值计算；信息流校验：对于N个基本频点，通过上面两个阶段最终解调出M×N组解调出的码元信息流，逐一判断每一码元信息流是否存在有效帧信息；若存在有效帧信息，则通过通信方式将有效帧信息输出至上位系统。需要强调的是，上述分析过程是一个不断重复的过程，各阶段的进入时机可以由用户自行设定，例如，在第一个阶段中(轮询本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，其特征在于，包括：通过前置电路对数字编码FSK轨道电路信息进行预处理；基于离散傅立叶变换对预处理后的数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析：对所有基本频点信息均分别进行分组采样，并计算相应的频谱幅值，从而完成信息解调，对解调出的码元信息流进行校验，以提取有效帧信息，并将提取的有效帧信息通过通信方式将帧信息输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，其特征在于，包括：通过前置电路对数字编码FSK轨道电路信息进行预处理；基于离散傅立叶变换对预处理后的数字编码FSK轨道电路信息进行频谱分析：对所有基本频点信息均分别进行分组采样，并计算相应的频谱幅值，从而完成信息解调，对解调出的码元信息流进行校验，以提取有效帧信息，并将提取的有效帧信息通过通信方式将帧信息输出。2.根据权利要求1所述的一种基于频谱分析的数字编码FSK轨道电路信息解调方法，其特征在于，所述前置电路包括：依次连接的低通滤波单元、限幅放大单元、抗混叠滤波单元以及A/D模数转换单元；其中：车载接收天线接收数字编码FSK轨道电路信息并通过放大器将信号增强后，输入至所述低通滤波单元；所述低通滤波单元，用于抑制车载接收天线耦合进来的高频干扰信号；所述限幅放大单元，用于将通过低通滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊锋，王国润，郜洪民，杜春晖，尹逊政，孙旺，孟军，陈宁宁，许硕，崔亦博，姜庆阳，唐凯林，孙磊，余刚，孟凡超，王宜纯，宋永风，武广生，王东波，刘春洋，张小磊，佟通，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，北京华铁信息技术有限公司，北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，北京安润通电子技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11