基于FPGA的铁路移频信号检测技术研究与实现

摘要

铁路运输在现代经济建设中起着重要的作用，铁路交通的安全可靠性及轨道移频信号的准确检测是一项重要研究课题。铁路轨道中传输的移频信号反映列车的运行速度和状态，移频信号的准确检测是保证列车安全运行的关键。移频信号是移频键控信号FSK的简称，我国铁路主要运用的移频制式有两种：国产18信息移频制式和UM-71制式的国产化，均是以频率为参数来传递信息。传统的铁路移频信号检测方法很难满足快速发展的铁路运输的控制要求，因此需要探索新的移频信号检测方法。
　　针对我国铁路移频信号检测的现状，分析了现有的移频信号解调方法，提出了一种FPGA+AVR单片机实现的综合检测方案。传统的移频信号解调方法包括时域分析和频域分析，通过比较两种方法的特点，课题提出时域测宽法的检测方法，采用调制域测量的无间歇计数多周期同步测量技术，并给出了基于FPGA计数检测的具体方案。要求检测的移频信号频率参数包括：中心载频，上、下边频，低频调制频率以及单一频率参数。
　　移频信号经过通道电路的可编程带通滤波器预处理后送到FPGA端口，在单片机发出测频命令后进行计数。利用载频中心频率的周期为闸门时间，分别比较上、下边频在一个周期内与中心频率的计数差值，根据借位脉冲位置的不同区分出上、下边频，同时恢复出低频调制信号。为了减小计数误差，提高测量精度，采用测周法测量，在低频调制频率的一个周期内，分别对移频信号上、下边频采用多周期计数，将计数数据上传到单片机进行计算并显示相应频率参数。
　　时域检测法电路结构简单，测量精度高，在实验室模拟调试环境下，测试结果基本满足要求。移频信号上、下边频和低频调制信号的测量误差在±0.3Hz以内，单频参数测量误差为±0.2Hz。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 移频检测技术现状

1.3 论文主要研究内容与结构安排

第二章 系统通道硬件电路设计

2.1 通道电源模块

2.2 通道前端电路

2.3 低通滤波器及陷波网络

2.4 可编程带通滤波器

2.5 波形变换及有效值检测电路

第三章 轨道移频信号检测原理与方法

3.1 铁路移频信号特点

3.2 移频信号相关检测方法

3.3 检测系统构成

3.4信号检测原理

第四章 轨道移频信号检测方法实现

4.1 调制域测量

4.2 可编程逻辑器件

4.3 FPGA最小系统

4.4 FPGA程序设计

4.5 综合与实现

第五章 系统调试与测试结果分析

5.1 硬件调试

5.2 软件调试

5.3 测量数据及结果分析

5.4 抗干扰技术

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果