移频轨道电路参数测试仪硬件设计(2)
4.3移频信号发生器电路仿真26
4.4电压保护和切换电路仿真分析29
5结论与展望.31
致谢32
参考文献33
1 绪论
1.1 课题的目的和意义我国现处于一个经济发展的黄金时段，需要运输大量的物质到其他的地区，然而现有的运输方式包括公路运输、铁路运输、海上运输和空运。由于汽车和飞机体积的问题，固然不能运输大量的货运物质，海上运输虽然不错可以运输体积大重量重的货运物质，但是所需的条件比较苛刻，要有水路的条件上才得以实施。相比之下铁路运输的优势就得以显现，铁路网路覆盖了国内大部分的地区，对于运输的地点也有了很大的保障，铁路运输车超长的车身以及每节车身巨大的体积也为运输大量的货运物质提供了优越的条件， 铁路运输成为我国运输的一大命脉，要想经济发展的好就必须要把铁路建设完善的好。在铁路运输的过程中最为重要的一点就是安全问题， 怎样安全的把火车送到指定的目的地这一点必然是重中之重。对于早期的铁路运输来说是没有轨道电路一说的，固然当时的火车的车速也是相当慢的，车速慢对于运输的效率是大打折扣的，所以这一点必须要改进。随着火车速度的不断提高，火车事故的发生也越来越多，其主要的原因都是因为不知道前方轨道区段占用的情况。 鉴于此， 美国发明家鲁宾逊作为轨道电路之父， 分别为， 1870，1872，1873，开发和试验轨道电路[1]。轨道电路的制式主要有三种：交直流轨道电路、相敏轨道电路以及移频轨道电路。我国以移频轨道电路为主，包括国产 18 信息移频轨道电路和 ZPW-2000 型移频轨道电路，使用频率调制的方法，将低频信号调制到高频信号上，形成振幅不变，频率随低频信号作周期性变化的移频信息，方便信息的远距离传输[2]。随着现代铁路的发展，我国的铁路线路越来越多，许多的铁路线纵横交织在一起，形成了一个巨大的线路网。然而要在这巨大的线路网中保证列车安全运行，就要对其相应的轨道电路进行相应的改进。由于路况的不同，绝大多数的轨道电路都是裸露在外的，受温度、湿度，气候等自然条件的影响非常之大，工作环境是相当的恶劣。与此同时，列车驶过钢轨时，由于在轨道电路中钢轨是传输介质即钢轨通有电流，在钢轨的周围会产生磁场，当列车飞速驶来相当于切割了所产生的磁场，产生了感应电流，就会对轨道电路产生强烈的影响。由于使用的时间过长时往往得不到准确的列车信息， 因此铁道部门需要定期的对轨道电路进行检查和文修，确保轨道电路工作在正常状态下，为列车运行安全提供了保障[3]。
1.2 国内外研究现状与水平
1.2.1 国内研究现状目前的移频轨道电路在中国主要有 18 信息移频轨道电路和 ZPW-2000 型移频轨道电路[4]。如今这两种移频轨道电路的技术水平和应用都是十分的成熟。ZPW-2000 型移频轨道电路是基于法国UM-71 型移频轨道电路，根据我国的要求，自主研制的轨道电路[5,6]。由于国产8信息移频闭塞系统的低频实在太少不能满足轨道电路的发展需要， 所以在此基础之上研发了国产18 信息移频轨道电路，然而国产 8 信息移频闭塞系统的前身则是原有4 信息移频闭塞系统，原有 4 信息移频闭塞系统采用 2 组高频其范围是：550HZ-650HZ和 750HZ-850HZ，低频只有四个分别为：11 HZ、15 HZ、20 HZ、26 HZ。由于低频信号的数量实在太少了无法传输大量的信息，故不能适应现代铁路发展的需要，除此之外，高频在传输距离较远的过程中衰减的很快， 所以只有降低移频信号的频率来进行更加有效的传输， 但这还会对牵引电流谐波产生干扰故该方法不实用。随着科技的进步从原来的国产4 信息进化到了国产18 信息，和之前的移频轨道电路比较，低频由原来4 个增加到了 18个，高频调制频率是：1700 HZ、2000 HZ、2300 HZ、2600 HZ，低频调制频率是10.3 HZ开始以公差 1.1 HZ 递增至 29.0 HZ 的等差数列。为了检测移频轨道电路是否处于正常的工作状态，信号设备是否工作正常，我国为此研究了许多的解决方案。使用原来的时域方法变成目前的频率检测方法，本文的主要研究对象是信号检测算法，包括带通采样原理实现采样的使用，只有这样才能有效地降低采样频率然后进行快速傅里叶变化（FFT） ，以达到检测移频轨道电路频率参数的目的。除此之外，还包括直接利用加窗函数的方法，进行快速傅里叶变换（FFT） ，以达到同样的目的，为了更高的精度要求，将小波变换也应用到了其中[7]。对于轨道电路的测试，我国设计了很多不同的移频轨道电路测试仪表，其中大部分轨道电路综合测试仪，都是专门用于国内铁路有绝缘和无绝缘移频自动闭塞站内，区间信号设备级轨道电路的现场安全调试、检测文修和技术管理等的专用仪器[8]。由于早起中国历史的原因， 我国的轨道信号检测方面的研究与发达国家之间有很大的差距，一个国家的发展也体现在高速列车的运行速度，随着列车速度的提升，铁路自动化的能力就更应该要得以加强，才能适应现代高速列车发展的时代， 这就要求数字化轨道电路的快速发展。对于信号的采集、检测、分析，最后做出相应的应对方法的要求越来越高，这也对信号设备是一个全新的挑战。