基于DSP的移频机车信号参数测试仪的设计

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1、基于DSP的移频机车信号参数测试仪的设计摘要：基于32位定点运算精度的TMS320F2812DSP芯片,设计了一种移频机车信号参数测试仪,提出了一种以欠采样的FFT检测方法为前提的新的解调算法，并进行了仿真验证。同时给出了软硬件的结构框图和实现方法。该方案切实可行，经过测试，各方面都能达到指标要求。关键词：TMS320F2812；移频机车信号；欠采样；仿真DesignofDetectorforLocomotiveSignalBasedonDSPAbstract:Basedonthe32bitfixed-pointTMS

2、320F2812DSP,thedetectorforlocomotivesignalisdesigned,anewdemodulationarithmeticbasedonundersamplingtechnicandFFTdetectionmethodisputforward,andsimulationanalysisispresented.Thehardwareandsoftwareconstructionandtherealizationmethodarealsopresentedattheend.Thesche

3、meisfeasibleandthescheduledtargetsareallachievedthroughtesting.Keywords:TMS320F2812;locomotivesignal;undersampling;simulation550引言铁路信号系统中，机车信号是一个重要组成部分。而在众多的机车信号制式中，移频机车信号应用最为广泛，它代表了一定的速度信息，直接指挥列车的运行速度。随着列车的不断提速，移频机车信号在行车安全和故障分析方面的作用显得更加重要。京广沿线的机车信号采用的就是载频在500—1

4、000Hz的4信息和8信息移频自动闭塞，载频为1500—3000Hz的法国UM71和国产18信息移频自动闭塞制式下产生的移频机车信号。笔者根据实际情况，采用TI公司的新一代32位定点数字信号处理器TMS320F2812，利用一种新的解调算法，开发设计了适合京广沿线使用的移频机车信号参数测试仪。1系统功能及硬件组成移频机车信号参数测试仪具备如下功能：频率测量功能：可以测量并数字显示移频信号的上边频、下边频、中心频率、调制频率；通信功能：实现仪器与上位机的数据交换；数据库功能：根据选择对数据进行存储，方便离线分析。系统电路

5、由以下几部分组成，其结构框图如图1所示：(1)电源部分：由四节1.25V可充电镍氢或镍镉电池供电产生所需电源。(2)隔离部分：由电压互感器对信号进行隔离，以避免检测设备故障影响信号设备正常工作。(3)信号预处理部分:主要对原始信号衰减或放大和自动量程切换，确保信号在进入A/D之前不越限，保护后级电路，并且进行带通滤波以消除5各种干扰的影响。(4)数据采集部分：对滤波后的信号按照一定的采样速率进行模数转换。(5)CPU部分：以美国TI公司生产的高速DSP器件TMSF3202812DSP[1]芯片为核心，30MHz晶振，扩

6、展了64KBRAM作为数据存储器，主要负责信号参数的检测算法的实现。由于2812工作的最高时钟可达150M,单周期指令执行时间6.67ns,因而可以在更短的时间里进行FFT和频谱分析等运算，故完全能够达到我们实时解调处理信号的要求。(6)显示、键盘部分：主要负责信息的显示和各种设定的选择。(7)通讯部分：与上位机实现通信，将测量结果导入计算机备份以便更详细的分析。图1系统结构框图2频率解调算法研究在移频机车信号的解调过程中，可采用既可以提高信号检测分辨率，又可以降低AD采样速率的欠采样技术进行采样，进行FFT运算后，再

7、按照采样前后频谱的对应关系计算出中心频率，然后通过计算频偏的手段得到上、下边频的值。2.1移频信机车信号频谱分析铁路系统的机车信号是列车机感线圈从铁轨感应得到的。国产18信息移频信号的频偏=55Hz,低频调制频率范围为7.0~26.0Hz,法国UM71移频信号的频偏，低频调制频率范围为10.3~29Hz，不同的载频和频偏及调制频率代表不同的控制信息，信号的频谱表达式为[2]：(1)式中：为移频信号的振幅；=为信号的中心频率；移频指数(2)为频偏；为调制频率；从频谱中可以得到的参数有：1.信号的中心频率。国产18信息移频

8、信号的中心频率为两峰值频率和的平均值，法国UM71移频信号的中心频率为峰值处的频率。2.信号的低频调制频率。各个谐波之间的间隔即为信号的调制频率。2.2采样频率的确定及频谱恢复由(1)式可看出，移频信号实际上是以载频为中心，两边对称分布有低频信号及其各次谐波的带通信号，根据带通信号的采样定理[3]，要从采样信号中恢复原信号，其采样