移频轨道电路参数测试及信号处理技术的研究
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摘要
安全是铁路运输的生命线，为了使列车运行直接与信号设备发生关系，通常是把钢轨作为信号传输线。在电气化铁路区段，两条钢轨既是移频信号的传输线又是机车牵引电流的回流线。工频牵引电流会对移频信号带来极大的干扰。定期检测轨道电路的电压、频率等参数，以判断轨道电路及其信号设备是否处于最佳工作状态，可以及时消除隐患，确保铁路安全行车。
本课题研究内容：在不要点，不开天窗，不中断行车，不中断被测区段牵引电流的情况下，在线、动态、实时测量电化区段和非电化区段的移频信号电压、工频干扰电压，移频信号（调频信号）的上边频、下边频、载波频率、以及低频18信息频率等参数。
本文详细介绍了如何解决在线测试现代电气化铁路移频轨道电路参数的技术难题。
由于移频信号是一种调频信号，其波形为低频信号调制中心载频信号后产生的低端载频（下边频）和高端载频（上边频）两个交替变化的正弦交流信号。在测量移频信号的上、下边频及载波频率时，采用直接测量上、下边频，然后由上、下边频求中频载波的方法。
对低频信息频率测试过程中，在分析几种调频波解调方法的基础上，提出了应用锁相环芯片CD4046进行低频信息解调的技术，再经施密特整形电路整形，然后由单片机用测周期法测量低频频率，电路调试方便，波形好，易控制
Track circuit signal can ensure railway transport. Rails are used as transmission line to make train communicate with signal processing equipment. The two rails are not only signal lines of track circuits, but also loop current line of locomotive traction current in electrified railway block. Industrial frequency traction current may interference FSK signal. The electric parameters of track circuit must be measured periodically to make sure whether track circuits and signal equipment run normally and to avoid accident.
The content of this theme is as follows: without time, without open, without stopping railway transport, and without interrupting traction current of block tested, meanwhile track circuit parameters in electrical and no electrical blocks is measured of on-line, dynamic and real-time. These parameters include voltage of FSK signal, voltage of industrial and harmonic wave interference, upper frequency, lower frequency, carrier frequency and low frequency 18 messages frequency.
In this paper, it is introduced how to resolve some technical problems of track circuits parameters on-line tested in electrical railway.
Because frequency-shift signal is a kind of modulation signal, it's waveform is two AC sine signal of alternating i.e. upper frequency and lower frequency which was generated by low frequency modulating middle frequency. In testing upper frequency, lower frequency, and modulating frequency, the method of directly testing upper frequency and lower frequency then calculating carrier frequency is adopted
During the process of testing low frequency signal, based on analyzing several kinds of demodulation methods, a technique is given that using phase-locked loop CD4046 to demodulate low frequency message. Then shape and measure the frequency. And then the low frequency was measured by microcontroller by the method of measuring period conveniently
本课题研究内容：在不要点，不开天窗，不中断行车，不中断被测区段牵引电流的情况下，在线、动态、实时测量电化区段和非电化区段的移频信号电压、工频干扰电压，移频信号（调频信号）的上边频、下边频、载波频率、以及低频18信息频率等参数。
本文详细介绍了如何解决在线测试现代电气化铁路移频轨道电路参数的技术难题。
由于移频信号是一种调频信号，其波形为低频信号调制中心载频信号后产生的低端载频（下边频）和高端载频（上边频）两个交替变化的正弦交流信号。在测量移频信号的上、下边频及载波频率时，采用直接测量上、下边频，然后由上、下边频求中频载波的方法。
对低频信息频率测试过程中，在分析几种调频波解调方法的基础上，提出了应用锁相环芯片CD4046进行低频信息解调的技术，再经施密特整形电路整形，然后由单片机用测周期法测量低频频率，电路调试方便，波形好，易控制
Track circuit signal can ensure railway transport. Rails are used as transmission line to make train communicate with signal processing equipment. The two rails are not only signal lines of track circuits, but also loop current line of locomotive traction current in electrified railway block. Industrial frequency traction current may interference FSK signal. The electric parameters of track circuit must be measured periodically to make sure whether track circuits and signal equipment run normally and to avoid accident.
The content of this theme is as follows: without time, without open, without stopping railway transport, and without interrupting traction current of block tested, meanwhile track circuit parameters in electrical and no electrical blocks is measured of on-line, dynamic and real-time. These parameters include voltage of FSK signal, voltage of industrial and harmonic wave interference, upper frequency, lower frequency, carrier frequency and low frequency 18 messages frequency.
In this paper, it is introduced how to resolve some technical problems of track circuits parameters on-line tested in electrical railway.
Because frequency-shift signal is a kind of modulation signal, it's waveform is two AC sine signal of alternating i.e. upper frequency and lower frequency which was generated by low frequency modulating middle frequency. In testing upper frequency, lower frequency, and modulating frequency, the method of directly testing upper frequency and lower frequency then calculating carrier frequency is adopted
During the process of testing low frequency signal, based on analyzing several kinds of demodulation methods, a technique is given that using phase-locked loop CD4046 to demodulate low frequency message. Then shape and measure the frequency. And then the low frequency was measured by microcontroller by the method of measuring period conveniently
引文
1 丁正庭. 区间信号自动控制. 北京：中国铁道出版社，1990: 10～12，46～49
2 罗海涛.移频自动闭塞. 北京：中国铁道出版社，1992:1～4
3 费锡康. 无绝缘轨道电路原理与分析. 北京：中国铁道出版社，1993:129～155
4 吴运熙等编译，铁路信号抗电力牵引电流的干扰，中国铁道出版社，1992：231～237
5 杨奎芳“电力牵引区段轨道电路参数测试方法的研究”铁道部科学研究院通信信号研究院 ，1995：54～67
6 胡宪德.区间信号. 北京：中国铁道出版社，1980：45～60
7 魏学业，汪希时，丁正庭.移频轨道电路测试系统的设计.铁道学报，1996，18（5）：63～65
8 黄鹏翔.京九线18信息移频自动闭塞系统的分析研究.中国铁道科学，2001.22（4）：118～122
9 邱宽民.多信息移频轨道电路信号调制频率选择的探讨.铁道学报，1995.17（3）：64～68
10 Westinghouse. Automatic Train Control(ATC)System,1990：235～241
11 邓迎宏，肖彩霞.多信息移频自动闭塞系统信号选择及解调方法.中国铁道科学，2002，23（3）：55～59
12 叶树江.轨道电路参数测试技术的研究.哈尔滨电工学院学报，1996，19（4）：437～440
13 陈广存.铁路信号概论.北京：中国铁道出版社，1995：78～95
14 John R. Gyorki.The Design of Frequency-Shift Track Circuit Test System. Proceedings.1998,20(3):248～251
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18 杨振海.集成运算放大器在测量中的应用.东北林业大学出版社，1995：55～82
19 张卫平，张英儒.现代电子电路原理与设计.原子能出版社，1997：100～113
20 S.Fukuda and T.Endoh.Control method for a combined active filter system employing a current source converter and a low pass filter.IEEE Trans.Ind.Applicat,1995,31(3):590～597
21 韩峰 ,刘海伦, 陈爱国. 测试技术基础. 机械工业出版社，1997：85～86，89～90
22 Samueli H.wang B C.A VLSI Architecture for a High Speed all Digital Quadrature Modulator and Demodulator for Digital Radio Application. IEEE J on SAC 1990,8(8):1512～1519
23 徐岩.频移键控信号解调方法研究.兰州铁道学院学报，2000，19（1）：60～62
24 Inovof,J.Austin,R.Kckar,D.Srayer,ands.Wyatt.Fully intergrated CMOS phase-locked loop with 15 to 240 MHz locking range .IEEE.Solid-State Circuits.1995,30(11)： 1259～1266
万心平，张厥盛.集成锁相环路---原理、特性、应用.北京：人民邮电出版
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26 B.Razavi.Monolithic Phase Locked Loop. New York:IEEE Press,1996,56（4）： 314～318
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