Duffing振子在ZPW-2000移频信号检测中的应用研究

摘要

随着我国铁路信号技术的不断升级，在区间ZPW-2000型轨道电路代替其它制式的轨道电路已广泛应用于铁路闭塞系统中，正确检测ZPW-2000移频信号是保证列车行车安全的前提。但目前在电气化高速铁路中，信号系统这样的弱电设备受牵引电流的干扰随区间追踪列车数量及运量的增长而增大。轨道电路环境的愈加复杂造成传统方法对移频信号的检测受轨道电路中强噪声的干扰出现检测质量差、检测结果误差大，甚至检测错误导致信号升级显示。因此，本文提出了一种抗噪能力强的检测方法以保证移频信号在强噪声环境下检测的可靠性。　　基于混沌理论的Duffing振子在强干扰环境下对正弦及2FSK(2 binary system Freq-uency Shift Key,二进制移频键控)信号检测SNR(Signal Noise Ratio,信噪比)门限可以低至?66dB，具有较好的抗干扰能力。本文根据Duffing振子对参数敏感和对噪声免疫特性，将Duffing振子用于低SNR条件下ZPW-2000移频信号载频及低频的检测，并以Matlab软件为仿真平台搭建Duffing振子检测模型，实现了对ZPW-2000移频信号的检测。　　首先，本文详细介绍了ZPW-2000型自动闭塞系统的工作原理和ZPW-2000型轨道电路的系统构成，分析了ZPW-2000移频信号的特点，并对常用的轨道电路移频信号检测方法进行分析。根据对ZPW-2000型轨道电路常见干扰的分析和ZPW-2000移频信号特点，确定将检测过程分为载频检测和低频检测两部分。　　其次，分析了Duffing振子的动力学特性，利用变尺度法对Duffing方程进行改进，以适用于任意频率信号的检测，并分析利用Duffing振子检测一般2FSK信号的原理。此外，在对几种常用混沌判别方法阐述的基础上，总结了各种判别方法的优劣。　　最后，结合Duffing振子对噪声免疫的特点，给出了ZPW-2000移频信号基于方差极值法载频检测和基于适应步长间歇混沌法低频检测的Duffing振子检测步骤。利用Simulink仿真软件搭建了Duffing振子检测模型，分别对无噪声干扰、牵引电流谐波干扰以及白噪声干扰下的ZPW-2000移频信号Dufiing振子检测法进行实验仿真分析，并与传统检测方法进行误码率比较。实验结果表明Duffing振子检测方法能够解决低SNR条件下移频信号译码能力弱的问题，并且具有较高的检测精度和较好的抗噪性能。

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1 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

2 ZPW-2000移频信号特点及其检测方法分析

2.1 ZPW-2000型轨道电路工作原理

2.2 ZPW-2000移频信号数学模型

2.3 ZPW-2000移频信号检测的一般方法

2.4 ZPW-2000型轨道电路常见干扰

3 Duffing振子微弱信号检测原理

3.1 Duffing振子数学模型

3.2 Duffing振子动力学特性分析

3.3 间歇混沌原理

3.4 微弱2FSK信号的Duffing振子检测原理

3.5 Duffing系统混沌特性判别方法

4 ZPW-2000移频信号的Duffing振子检测方法研究

4.1 ZPW-2000移频信号的Duffing振子检测原理

4.2 ZPW-2000移频信号Duffing振子检测仿真模型建立与参数确定

4.3 ZPW-2000移频信号Duffing振子检测仿真分析

5 ZPW-2000移频信号Duffing振子检测抗干扰性及误码率分析

5.1 牵引电流谐波干扰下ZPW-2000移频信号检测仿真分析

5.2 白噪声干扰下ZPW-2000移频信号检测仿真分析

5.3 ZPW-2000移频信号Duffing振子检测误码率分析

结论

主要完成的工作及成果如下：

研究工作的不足：

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果