移频轨道信号检测算法的研究及其FPGA的实现

摘要

铁路是国家重要的交通基础设施，它在国民经济的发展中有着相当重要的作用。随着铁路速度的不断加快，行车安全成为人们日益关注的焦点。为了确保列车的行车安全，就需要确保铁路信号能够正确的接收。因此，移频轨道信号参数的检测成为各国研究的重点。
　　我国使用的移频轨道电路系统主要包括两种：国产18信息移频自动闭塞系统和UM71无绝缘轨道电路系统两种制式，两种系统都以频率作为传递参数，实现列车的自动控制。
　　本文通过对移频轨道信号的频谱特点进行分析，在总结了传统检测方法弊端的基础上，提出新的移频轨道信号频率参数的检测方法。由于频率参数的检测精度要求较高，本文提出了欠采样技术，以降低信号的采样频率；针对移频轨道信号能量相当集中的特点，提出欠采样后的频谱细化，进一步提高检测的分辨率。UM71无绝缘轨道电路频谱为单峰，所以载频即为峰值处的频率，而国产18信息移频自动闭塞系统频谱具有双峰，所以载频即为两峰值之和的平均值，由于两种系统的频偏一定，从而完成信号的上下边频检测。
　　本文以FPGA为核心对移频轨道信号检测系统进行了软硬件的设计。硬件上设计了以EP4CE115F29为核心的中央处理及控制模块，同时设计了信号预处理电路、电源电路、A/D转换电路、存储电路和显示电路，给出了相应的设计原理图以及Noise II软核系统架构。软件上分别从主程序、各个功能模块的设计思路、软件流程方面做了详细的阐述。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文的主要工作和内容

第2章 移频轨道电路

2.1 轨道电路简介

2.2 移频自动闭塞

2.3 国内移频轨道信号制式

2.4 本章小结

第3章 移频轨道检测算法研究

3.1 移频轨道信号分析

3.2 移频轨道信号检测方法

3.3 移频轨道信号的干扰分析

3.4 移频轨道信号检测算法研究

3.5 本章小结

第4章 移频轨道信号参数检测系统的硬件设计

4.1 系统硬件总体方案

4.2 可编程逻辑器件

4.3 移频轨道信号参数检测系统外围电路设计

4.4 本章小结

第5章移频轨道信号参数检测系统的软件设计

5.1 Nios II开发环境及其开发流程

5.2 系统软件设计

5.3 A/D数据采集单元设计

5.4 移频轨道信号的低频检测单元设计

5.5 移频轨道信号的上下边频及载频检测单元设计

5.6 显示单元设计

5.7 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢