机车轨道信号采集与处理技术研究

机车轨道信号采集与处理技术研究

张昀

张昀

广东铁峰信息技术有限公司

摘要：随着社会的不断发展，人们对机车轨道信号技术提出了越来越高的要求。目前，我国使用的轨道信号主要有两种形式，一种是国产18信号移频，另一种是UM71。这两种信号处理技术都是对移频键控信号进行处理。优化机车轨道信号采集与处理技术，对于完善机车运行工作有着重要的意义。本文主要围绕机车轨道信号相关要点进行分析，探讨完善机车轨道信号采集与处理技术的有效途径，从而为我国的机车控制技术提供一定的理论基础，促进我国公共交通事业的迅速发展。

关键词：机车；轨道信号；采集；处理

一、机车轨道信号的相关要点

（一）轨道电路

通常情况下，轨道电路是利用机车铁路的导轨作为电信号传导的导线，构成相应的闭合回路，电车轨道电路能够准确地反应出该时刻轨道上是否有机车同行以及轨道的完整情况。

机车的轨道电路是以自动闭塞、电器集中配件等机车设备为构建基础，利用轨道电路能够对线路上的机车进行实时的检测，可以全面了解该线路上的各种信息。我国常用的机车轨道电路通常是由受电端、送电端、钢轨线路三部分组成，其中轨道电路的两端是绝缘的，作为轨道电路的控制部分，轨道电路的长度主要取决于工作伏态制约，不同类型的轨道电路由于设置方式的不同，长度也存在着差异。

（二）列车闭塞

机车两个车站之间的部分被称为区间，通常情况下，为了保障机车在区间内顺利运行会用到闭塞设备，提高机车在区间运性的能力。在一条铁路上，为了防止两辆机车迎面相撞，或者避免机车出现追尾事件，需要规定行车区间两端的值班人员通过办理一定的手续，进行行车闭塞。办理手续的设备就叫做闭塞设备。闭塞设备能够有效地保障在同一时间内，一条铁轨线只能有一辆机车行驶。

（三）机车信号

由于机车电路中传递信号的方式不同，并且每一种信号的发射方式、设备都存在着明显的差异，因此，需要在机车上配备完善的信号接受设备，以便能够在行驶的过程中，接受到相应的信号指令，采取相应的措施。机车信号的制式通常有交流计数、极频、移频等几种类型，机车信号接受装置往往安装在司机室内，随时接受控制室传来的各种指令。

（四）移频自动闭塞

在机车运行的过程中，移频自动闭塞是一种最常见的频率参数，它能够利用调制的方式将地面传来的低频信号进行处理，转变成高频段的信号，并且频率也会发生一定的变化，使得机车能够在指令下行驶。目前，国产18信号机车移频制式，是通过移频轨道将信号传递给同一线路中两个闭塞区间，相邻两个闭塞区间需要采用不同的频率进行信号的传输，因此，上限线通常采用850Hz,而下行线则采用55Hz,满足实际使用的需要。

二、目前国内信号移频闭塞系统配置情况

我国在4信号移频自动闭塞系统的基础上进行创新，开发出了18信号的移频自动闭塞系统。这种信号在应用的过程中，需要遵循一系列的准则。首先信号移频系统载频要与原有的4信息移频系统的载频相同，上行线要采用850Hz,下行线需要采用550Hz。18信息移频自动闭塞轨道的设置必须能够兼容原有的线路，在接受信号的处理时间方面，19信息移频系统比原来的处理速度更快，由于增加了调制频率的数量，是的相邻调制频率的间隔比原来小了很多，这是的多信号的移频比原有的移频编码难度增加了不少。

18信息移频系统是一载频为中心，以调制频率为系统工作的间隔，进行谱线。通常情况下，谱线的能量越靠近负载，频率就越大，频率越高，谱线就越分散，信号的频带也就越宽。由于信号要的频带很容易受到内部因素的干扰，因此，当频率接近50Hz的时候，就会发生电流漂移。技术人员在确定了调频的范围后，需要根据使用的标准，设置相应的频率发生间隔，在调制频率间隔的时候，需要保证发码设备的工作效率和信号的质量，同时要对接受设备进行一定的区分。为了保证原有的移频信号频率，通常要将新的频率调到最高限。

在技术人员不改变原有移频制式的基础进行频率的扩充，需要功能要求中的18种调制频率，新增的信号频率偏移后的情况要跟原有的信号间隔非常接近，因此，在确定信号采集方案的时候，需要判断相应的时间间隔，从而满足实际使用的需要。

三、信号采集与处理系统的设计

（一）系统设计方案

系统开发人员需要根据系统的使用需要，确定系统的信号采集、信号处理等功能，系统在硬件方面需要满足对18信息移频和UM71两种制式的信号处理工作，同时能够进行相应算法的运行。在电气化的机车导轨电路中，通常情况下，两条钢轨是信号的传输线，并且还起到了电流的传到作用，牵引电流能够对移频信号带来一定的影响，为了消除这种干扰，需要将测试信号冲牵引电流中进行分离，采用相应的滤波器和技术来实现这一目的。由于有源器件在运算放大器、电阻、电容方面存在着差异，因此在进行配件的选取时应当充分考虑其适用性。有源RC网络构成的单一频率通常用来在单一频率上进行衰减，这种知识抑制一个单一信号的陷波电路，应用的比较广泛，尤其是在机车轨道中，具有良好的抗干扰作用。

（二）数据采集

A/D部分负责采集轨道信号。无论是国产18信息移频或是UM71，都是FSK信号，载频范围55OHz到2600HZ，低频调制信号频率范围在6Hz到3OHz之内，幅值在1.5V到1.SV内。在设计中我们采用TLV32OA工C23作为A/D芯片。TLV32OAIC23(简称A工C23)是TI推出的一款高性能音频芯片，对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换可以在8K到96K的频率范围内提供16bit的采样，A/D的输出信噪比分别可以达到90dB和IOOdB。而且AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mw，省电模式下更是小于15uw。由于具有上述优点，使得A工C23是一款非常理想的音频模拟1/0器件。

（三）CPU部分设计

模拟网络中元件(R，L，C等)精度很难达到10-3以上，所以由网络组成的统的精度要达到10-3以上就显得非常困难。而数字系统17位字长就可以达到10-3精度。因此，如果使用DSP，D/A来代替系统总的模拟网络，并有效地提高A/D和D/A部分的精度将有效地提高系统地整体精度。在一些高精度的系统中，有时甚至只有采用数字技术才可以达到精度要求。由于数字电路的特点决定的。由于数字系统只有两个电平"1"，"0"，在器件正常工作的条件下，噪声及环境的影响一般不容易影响结果的正确性与准确性，不像模拟系统的参数都有一定的温度系数，易受到温度的影响，电磁振动，压力等外界环境也会对参数产生影响。所有这些影响都会导致精度下降，甚至导致系统不能正常工作。

四、结语

随着社会主义市场经济的不断发展，人们的出行活动越来越依赖有轨列车，为了适应时代发展的需要，应该积极完善机车轨道信号采集与处理技术，满足实际运行过程中的使用需要。系统开发人员需要根据实际的功能确定系统的设计方案，然后完善数据采集部分的硬件设计，同时也要对CPU部分的程序进行重点的开发，使得列车的运行时候，能够及时地接受到相应的信号，给人们的正常出行提供保障。

参考文献：

[1]邢绍庆.城市轨道车辆轮对跑合试验台的研究与开发[D].大连理工大学,2016.

[2]魏召兰.高速铁路大型桥梁结构健康监测与状态评估研究[D].西南交通大学,2012.

[3]张雪原.高速重载铁路车网耦合下过电压产生机理与防护方法研究[D].西南交通大学,2017.