基于改进型Duffing振子的轨道移频信号检测方法研究

摘要

近年来，我国高速铁路发展迅速，高速度、高密度已然是我国铁路发展的趋势。在CTCS(Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统)-2级列车运行控制系统下的列车运行时速已达到200～250km/h，其中ZPW-2000无绝缘移频轨道电路作为CTCS-2级列控系统中的一部分发挥着举足轻重的作用。但是，高速度、高密度的发展态势使得信号系统这样的弱电系统周围环境变得更加复杂，对列车接收ZPW-2000移频信号必然产生影响。目前，传统译码方法随着钢轨周围噪声干扰强度的增大而出现译码结果误差大，甚至有可能出现错误译码的情况。本文结合混沌理论中对噪声免疫的特性，提出了一种检测移频信号的新思路，主要研究工作如下:
　　首先，研究了ZPW-2000自动闭塞系统的工作原理及其ZPW-2000移频信号的数学模型，分析了现有移频信号检测方法的优缺点以及钢轨周围存在的对移频信号接收会产生影响的一些干扰。
　　其次，分析了混沌运动的特点，对Duffing方程的动力学特性进行研究，总结了各种混沌判别方法的优劣势。研究了微弱2FSK信号的Duffing振子检测原理。在此基础上利用广义时间尺度变换法对Duffing方程进行改进，以适用于检测具有任意频率的信号。随后利用构造相移量的方法实现了检测盲区的消除。为了能够突破对检测结果的定性判断问题，利用基于检测统计量的新方法定量判断检测结果。
　　最后，根据上述研究结果，将改进后的Duffing方程应用到ZPW-2000移频信号的检测中去，分别从载频及低频两方面入手，给出了检测步骤。利用Simulink搭建仿真模型并确定仿真参数，分别在无噪声环境，白噪声环境及牵引电流干扰条件下准确的检测到载频及低频，并与传统的检测方法进行比对，改进后的Duffing振子检测系统不但能够解决传统Duffing振子检测系统存在的检测系统复杂度高以及检测结果误差高的问题，而且相比传统移频信号解调方法其能够在更低的信噪比条件下实现移频信号的检测，具有较高的检测精度及抗噪性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 Duffing振子微弱信号检测研究现状

1．3 论文研究内容

2 ZPW-2000移频信号特点及其常见干扰分析

2．2 ZPW-2000移频信号数学模型

2．3 ZPW-2000移频信号检测的-般方法

2．4 轨道电路中存在的常见干扰

2．4．1 不平衡牵引电流干扰

2．4．2 邻线干扰

2．4．3 电磁干扰

2．4．4 弓网离线噪声干扰

3 Duffing振子微弱信号检测原理

3．1 混沌运动的特点

3．2 Duffing方程的动力学特性研究

3．3 混沌的判别方法

3．3．1 相轨迹法

3．3．2 功率谱分析法

3．3．3 庞加莱截面法

3．3．4 Lyapunov指数法

3．3．5 Melnikov法

3．4 微弱2FSK信号的Duffing振子检测原理

4 传统Duffing振子系统改进的实现

4．1 小频率参数的影响及改进

4．2 构造检测相移量及消除检测盲区

4．3 构造检测统计量定量分析检测结果

4．3．1 Halmiion系统

4．3．2 检测统计量的构造及其值域区间的求取

4．3．3 检测性能分析

5 ZPW-2000移频信号的检测及误码率分析

5．1 改进型Duffing振子检测ZPW-2000移频信号

5．2 无噪声时改进型Duffing振子检测载频信号

5．2．1 检测原理及步骤

5．2．2 仿真模型建立及参数确定

5．3 无噪声时改进型Duffing振子检测低频信号

5．3．1 变步长阵发混沌法检测低频信号可行性分析

5．3．2 检测原理及步骤

5．3．3 理论计算与仿真验证

5．4 改进型Duffing振子检测ZPW-2000移频信号抗干扰及误码率分析

5．4．1 ZPW-2000移频信号频带内牵引电流谐波干扰检测仿真及误码率分析

5．4．2 白噪声干扰下ZPW-2000移频信号检测仿真及误码率分析

5．4．3 与传统检测方法的误码率比较

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果