铁路轨道信号频谱分析
铁路信号设备的自动化控制技术分析
铁路信号设备的自动化控制技术分析摘要：铁路信号设备的自动化控制技术是现代铁路运输系统中的重要组成部分，对于保障列车运行的安全、高效和稳定具有至关重要的作用。
随着铁路行业的快速发展和技术的不断创新，自动化控制技术在铁路信号设备中的应用也越来越广泛。
关键词：铁路；信号设备；自动化技术引言铁路信号设备的重要性无可置疑，它涵盖了信号、联锁和闭塞设备，是保障列车行驶与调车安全以及提高铁路运输效能的关键设备。
随着科技的发展，现代铁路信号设备的性能也在持续优化和提升。
1信号设备自动化控制技术的分类和特点信号设备自动化控制技术可以根据不同的分类标准进行分类。
按照应用范围的不同，可以将其分为车站信号设备控制技术、列车信号设备控制技术和线路信号设备控制技术等。
按照控制方式的不同，可以将其分为固定控制技术和移动控制技术等。
根据自动化程度的不同，可以将其分为半自动化控制技术和全自动化控制技术等。
不同分类下的信号设备自动化控制技术具有不同的特点和应用场景。
1.1车站信号设备控制技术车站信号设备控制技术主要应用于车站区域的信号设备控制。
该技术通过传感器感知车站区域的信号状态，并通过控制设备实现信号的切换和显示。
车站信号设备控制技术具有控制范围小、操作简便等特点，可以提高车站区域的运行效率和安全性。
1.2列车信号设备控制技术列车信号设备控制技术主要应用于列车运行过程中的信号设备控制。
该技术通过传感器感知列车位置和速度等信息，并通过控制设备实现信号的动态控制和调整。
列车信号设备控制技术具有实时性强、适应性好等特点，可以提高列车运行的效率和安全性。
1.3线路信号设备控制技术线路信号设备控制技术主要应用于线路区域的信号设备控制。
该技术通过传感器感知线路区域的信号状态，并通过控制设备实现信号的联锁和防护。
线路信号设备控制技术具有控制范围广、可靠性高等特点，可以提高线路区域的安全性和可靠性。
2存在的问题2.1系统稳定性问题铁路信号设备的自动化控制技术涉及到多个环节，如传感器、控制算法、执行器等。
一种实时轨道移频信号的检测方法
式中： ｈ为整数 ； 为 移频 信 号 的振 幅 ； 。 载频 Ａ。 ∞为 的中心角频率 ；。 ∞ 为调 制 方 波 ｆ ｔ 的 基 频 角 频 （）
率 ； 为移频 指数 ， ＝△ ／ 一Ｍ ／ ∞ ｆ 。载频 的上
级 数展 开 ， 经数 学 变换 可 以导 出 ］
） 去ｎ ｏ ）南 ｃ ） ＝ ｓ ｓ ＋ ｏ × ｛ｉ （ ｃ ｓ （
等的峰值 ， 但频谱的位置仍是对称的， 而计算频率 值 是 以位 置来 计 算 的 ， 以峰 的不 对 称 ， 影 响 所 不
０５ ． ００ ．
．．．
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频率 的检测精 度 ， 因此 ， 可以从 中提取 有用 的频谱
信息 。
以 国产移频ｆ ＝５ ０ ， １ ０Ｈｚ ｏ ５ 厂 ＝２ 为例 ， Ｈｚ 图２
象使本 来应 以 中心 频率对 称 的频 谱 出现 了大 小不
３０ ２５ ．
宝 ２０
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信号 。 由于轨 道 移频 信号 是周 期 信号 ， 按常规 的 频 谱 分 析 方法 ， 进 行快 速 傅 里 叶 变换 （Ｆ 时要 在 Ｆ Ｔ） 求 对信 号 进 行 同步 采样 ， 而在 实 际 采样 中很 难 实 现对 所有 信 号 同时 满足 同步 采样 的要 求 。因而 常 规 的频谱 分 析方 法 对所 有移 频信 号 的检测存 在 一 定 的 困难 。笔者 应 用欠采 样 技术 对信 号进行 非 整 周期 采样 ， 从得 到 的信 号频谱 中能正确 提取 有效
铁路轨道不平顺功率谱分析与数值模拟毕业设计答辩PPT
根据对比分析结果，提出针对性的改善措施和建议，为铁路轨道 维护和优化提供参考。
05
结论与展望
研究结论
1 2 3
结论一
通过功率谱分析，成功提取了轨道不平顺的主要 频率成分，为后续的数值模拟提供了基础数据。
结论二
数值模拟结果显示，轨道不平顺对列车运行平稳 性和安全性有显著影响，其中高频不平顺的影响 尤为突出。
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感谢观看
滤波处理
对轨道不平顺信号进行滤 波处理，以去除噪声和异 常值，提高分析精度。
轨道不平顺数据采集
数据采集设备
01
使用高精度的测量设备，如激光位移传感器、加速度计等，对
轨道不平顺数据进行采集。
数据预处理
02
对采集到的数据进行预处理，包括数据清理、格式转换等，以
便进行后续分析。
数据存储与传输
03
将采集到的数据存储在计算机中，并采用适当的数据传输方式，
VS
功率谱分析是研究随机过程功率随频 率变化的一种方法，广泛应用于信号 处理、振动分析等领域。在铁路轨道 不平顺研究中，功率谱分析可以用于 分析轨道不平顺的特性，如幅值、频 率等，为轨道结构的优化设计和车辆 动力学性能的改善提供理论支持。
研究目的和意义
研究目的
本毕业设计旨在通过功率谱分析和数值模拟方法，深入研究铁路轨道不平顺的 特性，分析其对车辆动力学性能的影响，为铁路轨道结构的优化设计和车辆动 力学性能的改善提供理论依据和实践指导。
结论三
本研究提出的数值模拟方法能够较为准确地模拟 轨道不平顺对列车运行的影响，为实际工程应用 提供了有益参考。
研究不足与展望
不足
高铁CDMA网络EVDO信号分析
电子地 图 、 传播 模 型 、 务量 、 业 穿透 损 耗设 置 等 可 变 因素较 多 ， 可通过 以下 方法 提高仿 真精 度 ： ） ａ 通 过 电子地 图精度 提高 地 图准 确性 。ｂ 规划 区域 内可 ）
Ｔ ｏ ｉｅ ｏｓ发 送端合 路器 损耗 ） ｌ Ｂ ｘ Ｃ ｍｂｎｒＬ ｓ（ ： ｄ Ｒ ｐｉｅ Ｌ ｓ（ ｘ Ｓ ｌｔｒ ｏｓ 接收 端分路 器损 耗 ） １ Ｂ ｔ ：ｄ 对 搜 索窗 、切换 参数 和小 区半径 相关参 数进 行 合 理 设 置 ，适 当 降 低 Ｔ ａ ｄ （ 频 加 入 门 限 ） ｄ 导 和 Ｔ ｄｏ ｒｐ值 ， 加 Ｔ Ｔ ＲＯ （ 增 Ｄ Ｐ 导频 丢失 比较 门限 ） 提 ， 高激 活集搜 索窗 和小 区半径 等 ，让用 户沿运 动方 向
邻 区关 系 配置与 大 网配 置方式 一致 。
２１ 站 间距 的 选 择 ．
型 采用 Ｏｋ ｍｕａＨａ 的通 用 传 播模 型 ， ｕ ｒ— ｔＥ ａ］ 根据 高铁 覆盖 的特点 ， 选用 的高铁覆 盖传 播模 型见表 ２ 。
表 ２ 传 播 模 型
Ｄ ｎｅ密 集 区 ） ｒａ （ 区 ） Ｓ ｂｒ（ 区） ｕａ（ 村 ） ｅ ｓ（ Ｕ ｂｎ 市 ｕｕｂ 郊 Ｒ ｒｌ乡
境 ， 高铁仿真 具有 多样 性 ， 使 各站 点 的区域类 型 变化 较 大 ， 结果有 较大影 响 。 对 针对 高铁沿 线地 形地貌 特
点 ， 高 铁 覆 盖不 单 独 建 设 ＢＳ 基 站 控 制 器 ） 就 对 Ｃ（ ，
近 接人 本地 大 网 的 Ｂ Ｃ， 分 利用 铁路 附近现 有 基 Ｓ 充 站 资源 ， 据覆 盖需求 适 当新 建站 点 ． 用公 网频 点 根 利 资源 ， 采用 专用小 区进 行针对 性覆 盖 ． 路沿 线基 站 铁
浅谈铁路FSK信号的频谱分析
浅谈铁路FSK信号的频谱分析
夏学峰
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2008(000)033
【摘要】频谱分析技术是解决泄漏和噪声的问题分析方法之一.铁路信号频谱细化后,并不是简单的一条谱线,而是一簇谱线.为提取有用频谱,必须把残留的泄漏频谱剔除.工频谐波干扰是影响信号频谱的主要原因之一,也是造成现场无码区段乱上灯的重要根源.由于工额基波、谐波有其特定的谱结构,因此,可以利用其相互关联的特征,去除干扰.
【总页数】3页(P107-108,123)
【作者】夏学峰
【作者单位】东营职业学院,山东,东营,257091
【正文语种】中文
【中图分类】U2
【相关文献】
1.铁路CIR系统FFSK信号调制与解调的DSP实现 [J], 张洲初
2.基于自适应技术的铁路FSK信号检测 [J], 司昱;杜普选
3.浅谈铁路FSK信号解调技术 [J], 夏学峰
4.一种检测铁路2FSK信号频率的新方法 [J], 黄翔东;何宇清;李长滨
5.基于浮点DSP的铁路FSK信号检测 [J], 李辉
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ZPW-2000轨道电路信号的解析方法
DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2021.12.003ZPW-2000轨道电路信号的解析方法许燕文1，2(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)摘要：介绍国内铁路信号系统Z P W-2000制式轨道电路的基本原理和信号特征、轨道电路信号传输路径和工作环境以及轨道电路信号解析的安全意义。
阐述解析轨道电路信号的一种有效方法，通过时域过零检测的方法求取瞬时频率频偏，根据瞬时频率频偏与给定载频信息判断轨道电路载频信息，同时获取只有轨道电路上下频偏的低频信息，再通过频域Zoom-FFT求取低频信息。
该方法既能满足低成本的CPU性能要求，又能在机车或牵引电流引起的信号幅度漂移的环境下稳定解码。
关键词：轨道电路；Zoom-FFT；过零检测中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2021)12-0011-07 Analysis Method of ZPW-2000 Track Circuit SignalsXu Yanwen1, 2（1. CRSC Research & Design Institute Group Co., Ltd., Beijing 100070, China）（2. Beijing Engineering Technology Research Center of Operation Control Systems for High Speed Railways, Beijing 100070, China）Abstract: This article introduces the basic principles and signal characteristics of ZPW-2000 track circuits for national railway signal systems in China, the signal transmission paths and working environment of the track circuits, and the signifi cance to safety of analyzing track circuit signals. An eff ective method for analyzing such signals is introduced, which is used to calculate instantaneous frequency deviation through time-domain zero-crossing detection. Information on the carrier frequency of the track circuits is determined according to the instantaneous frequency deviation and the given information on the carrier frequency. At the same time, low frequency information is obtained regarding only the upper and lower limits of the frequency deviation of the track circuits, and then low frequency information is obtained through the frequency domain Zoom-FFT. This method can not only meet the requirements for low-cost CPU performance, but also perform decoding in a stable way in the case of signal amplitude changes caused by locomotive or traction currents.Keywords: track circuit; Zoom-FFT; zero-crossing detection1 概述铁路是一种重要的交通运输工具，铁路信号系基金项目：国家自然科学基金重点课题项目（U183420024）统是铁路接通运输的神经枢纽。
高速铁路信号数据分析与故障诊断研究
高速铁路信号数据分析与故障诊断研究引言：高速铁路作为一种快速、高效、安全的交通工具，不断在世界范围内进行发展和建设。
而高速铁路的运行安全和可靠性是保障旅客的出行体验的重要因素之一。
为了确保高速铁路系统的正常运行，需要对信号数据进行分析与故障诊断的研究。
本文将探讨高速铁路信号数据的分析方法，以及如何利用这些方法进行故障诊断。
一、高速铁路信号数据的搜集和存储高速铁路系统中的信号数据包括列车运行状态、轨道状态、信号系统状态等各种信息。
为了进行有效的分析和诊断，首先需要对这些数据进行搜集和存储。
1.1 信号数据搜集高速铁路系统中的信号数据可以通过各种传感器和监控设备进行搜集。
例如，列车上的传感器可以记录列车的速度、位置、振动等信息。
同时，信号系统中的设备可以记录信号灯的状态、轨道电流的变化等指标。
这些传感器和设备将信号数据实时传输给数据中心进行存储和处理。
1.2 信号数据存储高速铁路系统中的信号数据量巨大，并且需要长期保留以供后续的分析和诊断。
为了满足数据存储的需求，可以采用云存储等技术将数据存储在云服务器中。
同时，为了能够快速检索和访问数据，需要对数据进行合理的组织和索引。
二、高速铁路信号数据的分析方法高速铁路信号数据的分析是为了从海量的数据中提取有用的信息，并通过数据挖掘和模式识别的方法揭示数据中的规律和特征。
以下将介绍几种常用的高速铁路信号数据分析方法。
2.1 数据可视化数据可视化是一种直观地展示数据的方法，通过图表、图像等形式将复杂的数据呈现给用户。
在高速铁路信号数据分析中，可以通过绘制速度、位置、电流等指标的曲线图，以及轨道状态、信号状态的地图等方式将数据可视化。
这样可以直观地观察数据的分布、变化趋势等特征，从而提取有用的信息。
2.2 数据挖掘数据挖掘是从大规模数据集中发现未知、隐含的模式和知识的过程。
在高速铁路信号数据分析中，可以运用聚类分析、关联规则挖掘等方法，从数据中挖掘出列车运行状态与信号状态之间的关系，以及轨道状态与故障发生的潜在关联等信息。
基于频谱分析的地铁列车运行隧道振动加速度研究
式 （ ）还可 以写成如下形 式 ： １
（＝ ＋∑ ｓ（ ｎ ＋ （ 力 。 ｉ２ ｆ ） ２ ｎＵ ｉ ）
式 ： ￣ ： 易为 立 级 的 谱 中 Ａ ＝／ ＋ 傅 叶 数 频 值；
为隧 十 Ⅱ 级数的相位角，即相位漕直 ＝ｔ —（． 一 ａ ｔ １） ｎ ａｂ。 式 （ ）表 明 了复 杂周 期数 据 由一 个静 态分量 和 ２
验 研究 ，１ ７ 年 Ｄａ 和 Ｓ ａ ｗｏ ｔ研究 了铁 路运 行 ９９ ｗｎ ｔｎ ｒｈ 所 产 生 的地 面 振 动 ， １ ８ 年英 国伦 敦运 输科学 顾 问 ９２
所进 行 了地铁 区 间隧道 振动实验 。 由此展开 了对 振动
的特 征规律 、产 生原 因、传播途径 、控制方法 以及对 人体 的危害等 的研究 。 目前采取 的各 种减振措施 主要
个 热 门课题 。 中外学者 通过数 十年的实 际测 试和理论
用力 ，造 成车辆与钢 轨结构 （ 括钢轨 、扣件 、道 床 包 等 ）上 的振动 （ 实测表 明振源 处振级 可达 １ ３ Ｂ） ； ０ｄ ③车轮滚过钢 轨接缝处 时 ，轮轨相 互作用产 生的车 轮 与钢 轨结构 的振 动 ；④轨道 的不平顺 和车 轮的粗 糙损
１ 振动加速度信号处理原理
频谱分析是动态 随机时 间序 列研究 的途径之一 。
该方 法是将 时域 内的 随机数 据序列 通过傅 立 叶级数 转 换到频 域 内进行分 析 ，它有 助于确定 时间序列 的准确 周期并判别 隐蔽性 和复杂性 的周 期数据 。对 于时间序
列 的傅 立叶级数展开式为 ：
上。
ｘ０ ＋∑（ ｃ２＇ ＋ ，ｎｕ ）（ （＝ 。 ａ ｏｎ ｂｓ２ｎ １ ．ｓｎ ， ｆ ） ｉ ｆ ｉ １
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铁路轨道信号频谱分析
在铁路区间行车自动指挥系统中，广泛采用相位连续的二进制FSK信号指挥列车的运行速度，因此对移频信号进行实时检测具有及其重要的意义。
铁路上数以万计的信号机向司机发出各种信号，报告线路和道岔情况，帮助司机安全正点的运行。
但是，由于它们装在地面上，曲线、隧道等地形限制，给司机暸望带来一定的困难。
特别是在雨雪、风沙、大雾迷茫等恶劣气候条件下，地面信号更是看不清。
另外，随着列车速度的不断提高，特别是高速列车的出现，显示距离约1公里的信号机已很难使司机从容采取措施。
比如司机发现红色停车信号，即使立即紧急刹车，列车在巨大惯性的推动下，也要越过信号机2公里。
因此，再单纯依赖地面信号机显然是极其危险的。
为了解决这个问题，人们研制出了机车信号机，它装在机车司机室内，能显示和地面信号机同样的信号，保证了行车安全，提高了运行效率，也改善了司机的工作条件.
我国的铁路信号中的自动闭塞主要有：国产移频制式和UM71制式两种。
虽然新建的铁路线路基本使用UM71制式，但仍然有很多铁路使用国产移频制式。
本文主要针对国产移频信号进行检测。
铁路信号中使用的FSK信号是二进制FSK 信号，调制信号为占空比50％的周期方波信号，根据方波的高、低电平决定FSK 信号在对于时刻是上频偏还是下频偏。
本文目标检测的FSK信号的中心频率有四种，分别是下行550Hz、750Hz和上行650Hz、850Hz，频偏为55Hz，低频调制频率为11Hz、15Hz、20Hz和26Hz。
随着铁路的迅速发展,需要更多的信息量和更加有效的铁路信号检测方法,以满足铁路运输安全和高效率。
机车信号的准确检测关系到铁路的安全运行，所以如何快速和准确的进行机车信号的检测，具有重要意义。
1.工程背景
低端频移：频率偏移△f=55Hz,载波标准频率 550Hz，650Hz，750Hz，850Hz；
低频信息：11Hz 15Hz 20Hz 26Hz,误差 0.02Hz ± 0.01;
移频上，下边频及中心频率误差≦0.1Hz
电压/电流灵敏度：10mV/25mA;
高端频移：频率偏移△f=11Hz,载波标准频率上行频率1700Hz，2300Hz，下行
频率2000Hz，2600Hz；
低频信息：从10.3Hz起 1.1Hz等差递增至29Hz,误差 0.02Hz ±
0.01;
移频上，下边频及中心频率误差≦0.1Hz；
电压/电流灵敏度：10mV/25mA;
信号源采用连续相位FSK，低端周期脉冲宽度50％；
在本文中，所有的实验都采用高端频移的参数和数据进行的。
由于本文中的设计不涉及硬件电路，所以不考虑电压,电流灵敏度的问题。
仅仅讨论检测出的上下边频的误差和低频信息的误差。
2. FSK信号
工作原理:
用二进制数字信号m(t)进行调频，是使载波中的ωc，当符号为1时具有ω1频率的信息，而当符号为0时具有ω2的信息，此调制称移频调制。
移频调制方法有键控法和模拟调制法[1]。
产生波形如下图。
图1－1 FSK信号的产生和波形
键控法是利用二进制矩形脉冲m(t)控制开关电路，对两个独立频率f1、f2进行选通。
如上图所示，符号1选通f1,符号0选通f2,得其移频键控信号υFM 为:
式中g(t)为宽度为Ts的单个码元矩形脉冲波形。
FSK信号产生
①、键控调制法
▲二进制移频键控的原理图。
图1－2二进制移频键控原理图
▲原理
数字符号为0时，RS锁存器的输出为Q是0、Q’是1的组合，数字符号为1时，其输出为Q是１、Q’是0的组合。
因此，数字符号为0时，S1闭合，输出为f1；数字符号（信息）为1时，S2闭合，输出为f2。
如果电信符号反复交替0、1时，输出就交替切换为和，实现移频调制。
②、相位连续的移频键控信号的产生:
键控法调频的选通开关会使移频键控信号相位有变化，通常称相位不连续。
为克服此缺点，因此出现相位连续的移频键控信号的产生。
它是将数字基带信号加到模拟调频振荡器上对载波进行直接调频，产生相位连续的移频键控信号，即调频信号V FM如下式所示：
(1-1) 从(1-1)式中看出，数字信号m(t)在转换时是不连续的，但它的积分是连
续的，所以υFM相位是连续的。
假设FSK信号可以用周期信号s(t)表示，则描述FSK信号的一般数学表达式为[2]：
s(t)=Asin[2∏f(t)+φ(t)],0≦t＜T m (1-2) 其中T m为键控信号周期，f(t)为键控频率，φ(t)为瞬时相位。
根据FSK 信号的定义, 键控频率f(t) 的瞬时表达式为：
(1-3) 式中: f0为FSK 信号的中心载频; f h和f e分别为FSK 信号的上下偏频频率; ⊿f为信号频偏,它与移频器的灵敏度和键控信号的幅值成正比。
与一般的FSK信号不同的，一般在通信中FSK信号采用随机的0101的序列，而在本次实验中铁路轨道信号的信号源采用的是周期的0101的序列。