高速铁路信号

关键词：

高速铁路信号（精选十篇）

高速铁路信号 篇1

一、我国高速铁路信号维修特点

1.1信号特性

高速铁路信号的可靠性是关系到群众生命财产安全的重要信息, 因此在高速铁路信号设备维修中要对信号有充分的认识, 笔者认为信号维修特性主要有以下几点。 (1) 可维护性; (2) 安全性; (3) 可靠性; (4) 可利用性。

1.2信号设备的检修

高速铁路信号设备是列车运行系统中十分重要的环节, 因此要对铁路信号设备做日常检修工作, 及时的发现信号设备中存在的问题, 并及时的对问题设备进行修理或者更换。对于高速铁路信号设备的检修要通过设备管理预案对制定相关措施。

高速铁路信号设备的检修主要有以下几点内容: (1) 根据设备的日常运转情况以及临时抽检等对设备的运行状况进行了解; (2) 对高速铁路信号设备的系统性能分析和专家分析; (3) 高速铁路信号系统的仿真检测系统。

1.3高速铁路信号设备的预试

高速铁路信号设备在运行中遵从浴盆曲线的特性, 但是在高速铁路这一密切关系国家和人民群众生命财产安全的行业中, 要充分的采用各种预防性技术手段来保证设备的稳定工作, 笔者分析告诉铁路信号设备常见的问题主要有以下几点。 (1) 高速铁路信号设备能够保持设备的原定工作状态, 但是不能够真实的反应系统问题, 发出徐家警报; (2) 高速铁路信号设备能够保持设备的原定工作状态;但是不能够发挥其应有的工作等级; (3) 高速铁路信号设备已经丧失设备性能, 不能够继续工作。

二、对我国高速铁路信号维修工作的几点建议

为了能够满足高速铁路运行的需求, 在对铁路中的信号设备进行检修时, 相关工作人员要在最短的时间内完成设备的检修工作, 从而最大限度的保障铁路运输系统的经济损失。根据目前我国铁路运输系统的现状来看, 传统的高速铁路信号维修方式已经不再适合我国铁路运行的需求, 需要通过迅速、先进的技术设备对铁路信号设备进行维护。

2.1革新工作理念

高速铁路运营关系到国家生产、制造等各行各业, 因此有关高速铁路信号设备的检修工作要从铁路系统的全局出发, 将铁路运营系统中所涉及到的问题都考虑到铁路信号设备的检修工作当中。主要包括在对铁路信号系统的检修中对维护工作的可实现性进行分析, 保证检修工作能够顺利的展开;其次就是要随着科技进步及时的对信号设备进行更换, 将最新的科技运用到高速铁路运营系统当中, 为国家和人民的生命财产安全保驾护航;最后就是要做好日常检修工作, 严格的遵守相关检修制度, 便于后续工作的开展。

2.2对信号设备采取分级化维修

目前我国的高速铁路运营系统中, 所有的检修环节都是统一安排的, 但是这种方式就导致很多重点设备检修工作的重视程度被降低, 为了提高信号维修工作的专业性和针对性, 建议对信号维修工作进行分级, 具体分级方式如下。

三、结束语

为了能够满足我国铁路运行系统的发展需求, 有关高速铁路信号维修工作必须加强。在我国高速铁路未来的发展道路上, 其必将承载着更多的运营任务, 而高速铁路信号作为指导列车运行的重要信息, 对于国家和人民的生命财产安全有着很大的影响。

参考文献

[1]丁家望.高速铁路道岔设备维修的探索与思考[J].铁道通信信号.2011 (05)

[2]范明, 王菲.高速铁路信号系统的安全评估研究[J].中国铁路.2009 (02)

高速铁路与铁路信号(五) 篇2

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时间：2012-6-20来源： 通号设计院作者：傅世善阅读次数：1369

第五讲 几个主要技术原则的选择

1.车上模式的选择

从制动曲线的产生分为地面模式和车上模式。

德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是1965年以前开发的系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，早期探索中国高速列控方案时曾关注过。LZB系统基于能双向信息传输的轨道电缆，信息量有83.5bit，地面控制中心可以获得列车性能的重要信息，以地面控制中心为主计算制动曲线后，发送指令传至车载设备，车上存有多种制动曲线，按地面指令执行。地面控制中 心掌握在线所有列车的运行情况，并可以直接指挥列车运行。例如，地面控制中心可能组织前后行驶的列车加减速，以调整追踪间隔、运行时分和平衡牵引供电网； 地面控制中心可以监督列车的制动、速度、故障和司机操作等。我们考察时印象很深的是：司机表演“自动驾驶”，以及列车将设备故障情况报给地面动车段，列车 一回段，替换设备和维修者已在站台等候。

地面模式的车载信号设备相应简单，但智能化不够，与其他列控系统兼容比较困难。在早期计算机技术还没发展到当前水平时，采用地面模式是可以理解的，此模式在城轨交通中也有采用。

中国高速铁路网广大，还与普速线互连互通，长途列车较多，要求实现高、普速列车跨线运行。所以CTCS-2级和CTCS-3级均采取车上模式，列车运行速度曲线是车载信号设备根据地面上传的移动许可和线路数据及列车本身的性能计算的。车载信号设备具有一定的智能化，只要各线路移动许可和线路数据的信息标准化，可以实现系统兼容和跨线运行。

2.线路数据地面提供方式的选择

CTCS-0级和CTCS-1级采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标-距离式制动曲线。CTCS-1级在车站附近增加点式信息设备，传输定位信息，以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。

日本数字ATC使用575Hz和675Hz的频带，码长64bit，对用户开放43bit。将列车控制所需的全部信息都通过钢轨传送是不可能的，日本采用变通办法：在车上数据库预存闭塞分区的长度、坡道及区间曲线等地面信息，当列车收到地面传来ATC信息中的轨道电路编码为地址，从车上数据库中取出列车控制所必要的固定数据，结合其他编码信息生成列车控制模式曲线。为了弥补传输速率低的缺陷，日本设计了4种编码。

列车压入本闭塞分区时，首先收到第一种编码，以判断确认闭塞分区分界点；经一定时间后自动转为发送第二种编码，列车获得距停车点距离等列车控制信息；本轨道区段内容有变化时，为了及时向车上传递，发送2组缩短的第三种编码或第四种编码，然后再正常传送第二种编码。

采用第一种编码方式有效控制了分界点的确认，使电气绝缘误差控制在10m以内，安全距离只有50m。采用第二、三、四种编码方式，实际上既加快了应变速度，又扩大了信息含量，使列车控制精度较细。轨道电路有编码也有利于抗干扰。

由此可见，日本采用了数字轨道电路传输信息，传输速率低，信息量不够，又要利用轨道电路编码利于抗干扰，所以采取了车上预存线路数据的方式。日本高速铁路网相对短小，白天行车，有利于车上数据库的版本管理和修改，采用车上数据库预存线路数据的方式是有道理的。

CTCS-2级和CTCS-3级列控系统采取线路数据由地面提供方式。这种方式最大优势在于一旦地面线路数据因故需要变动，由地面修改，与车上设备无关，这非常适用于国情。我国地域广大，需要跨局、跨线的长途列车多，又日夜行车，大量列车在线运行，想统一修改车载设备的数据库是很难的。

CTCS-2级采取由地面应答器提供一个全制动距离范围内的线路数据，包括每一个轨道区段的坡道、曲线、长度等。由于ZPW-2000A型无绝缘轨道电路只有18个 信息量，轨道电路只能提供列车运行前方有若干个轨道区段空闲数来作为移动授权凭证，通过和区段长度数据的计算求得若干个空闲轨道区段总长度，列车到第一个 空闲轨道区段始端的距离则由测速测距系统计算后求得，两者相加就能求得目标距离。车载设备根据地面传送来的移动许可、线路数据和列车性能计算列车运行速 度，若列车接近前方减速点时，即刻生成目标-距离一次制动模式曲线。

CTCS-3级车载设备则是通过无线通信获得地面传送来的移动许可和线路数据，车载信号设备根据列车性能计算列车运行速度。若列车接近前方减速点时，即刻生成目标-距离一次制动模式曲线。

3.与制动系统接口方式的选择

列 控车载信号设备判断列车超速，引发列车制动时，总会有一个车载信号设备与制动系统的接口。在接口方式上历来有“得电制动”与“失电制动”之争。例如，车载 信号设备与制动系统的接口是一个继电器，继电器常态是失磁落下状态，需要时给电，使继电器励磁吸起，引发列车制动，这就称为“得电制动”；如继电器常态是 励磁吸起状态，需要时断电，使继电器失磁落下，引发列车制动，这就称为“失电制动”。如车载信号设备与制动系统的接口采取其他方式，仍然会存在“得电制 动”与“失电制动”之意思，其道理是一样的。

显然，“失电制动”方式符合传统的故障-安 全理念，任何断线、断电、断信号等常见故障时都会导致“失电制动”，因为制动停车是安全取向。采取分级制动模式时，只有一条模式曲线，列车超速，所谓“撞 线”

时，会限时引发列车紧急制动。这种方式有点副作用，当遇到常见故障时，司机紧张，旅客受惊，系统的可用性受到影响。

相反，“得电制动”可用性强些，但不符合故障安全理念，信号专业人士不易接受。CTCS-0级由通用机车信号+列车运行监控装置组成，就采取“得电制动”方式。

CTCS-2级和CTCS-3级列控系统的车载设备根据地面传送来的移动许可和线路数据，车载信号设备根据列车性能计算列车运行速度。若列车接近前方减速点时，即刻生成目标-距离一次制动模式曲线。一次制动模式曲线除紧急制动模式曲线外，还可生成若干条常用制动模式曲线，例，0.7或0.8 全制动力的常用制动模式曲线。列车进站停车时采用0.7常用制动模式曲线，旅客舒适性更好。在高速列车时代，应尽量避免使用紧急制动，紧急制动虽确保了列车不会闯过安全点，但旅客难免易受惊或受伤。如图1所示。

图1目标—距离一次制动模式曲线

高速铁路信号施工技术管理要点探究 篇3

关键词：高速铁路信号；施工技术管理；要点

目前，我国铁路建设飞速发展，列车的运行速度也不断加快，人们越来越关注铁路运行安全。铁路信号设备是铁路的主要技术设备，在保证行车安全、提高运输效率和传递行车信息等方面起着不可替代的作用。高速铁路信号系统是集中了传统铁路信号、计算机和通信等技术的系统，采用了一种新型行车指挥和综合控制与管理的系统，其列车最高运行速度范围在200-350KM/H。铁路信号施工安装的好坏直接影响铁路运输的效率与安全，随着新技术、新设备、新工艺不断涌现，给铁路信号施工技术管理提出了更高的要求。

一、高速铁路信号系统概述

高速铁路信号系统是保证列车运行安全、提高运行效率的重要技术设备。它以有效可靠的技术手段对列车运行速度、追踪间隔距离进行实时监控和超速防护。其包括调度集中系统、闭塞系统、列车运行控制系统、计算机联锁系统、微机监测系统、电源系统、道岔融雪系统等，列车运行控制系统采用CTCS2或3级制式，满足高速设计要求；计算机联锁系统采用2*2取2的硬件安全冗余结构，满足有关运营要求；运输调度指挥系统采用分散自律调度集中系统（CTC）系统，实现对各车站的调度集中控制，设置信号集中监测系统，对列控设备、联锁设备、信号基础设备及LEU断线等进行实时监测。综述信号系统是一个以中心设备为龙头，车站设备为基础，通信网路为骨架，集行车调度指挥、列车运行控制、设备监测和信息管理等功能于一体的综合控制系统。

二、高速铁路信号施工技术管理要点

（一）接口管理。高速铁路建设涉及多个技术领域的复杂且庞大的系统组合，各系统间衔接极为复杂，整体性要求高，尤其是站前站后工程的施工接口和各系统间的技术接口管理工作量大、技术复杂、涉及面广。信号工程作为列车运行控制的核心工程，与相关专业的接口多，几乎覆盖了工程全部专业和整个施工过程。专业间接口管理不到位，会直接影响工期目标的实现和工程质量的控制。尤其是无砟轨道的路基、桥梁和隧道工程作为永久性结构。因此要高度重视接口管理工作，从工程进场就要依据设计说明、施工图等资料，编制工程接口方案，认真开展接口检查。对室外接地端子逐点测试确认，对预留的过轨手孔、锯齿孔、电缆槽道，房建室内预留的沟槽管线进行逐点核对，会同建设、监理单位盯控落实，为信号施工创造条件，赢得主动。

（二）首件定标管理。高速铁路信号工程涉及了室内机柜及室外信号机、道岔、轨道电路、应答器等设备的安装，涉及安装的种类多且由于信号专业点多线长的特点，如何保证设备安装的标准化、规范化、统一化，确保施工安装的质量成为一个重要课题。而首件定标就是解决此问题的一个重要且有利的控制手段。工程实施过程中，首先要把做好预想和谋划作为切入点，组织技术人员结合积累的问题库和其他建设经验，提前制定措施，其次充分听取运营接管单位建议，制定标准、优化方案，编制工程施工工艺标准及作业指导书。再次根据制定的标准选取某站或某段开展首件的实施，通过实施及综合评估审查，确定施工工艺标准及作业程序，制作统一的施工模板工具。最后标准确定后，分为两步进行推广和强化，一是组织作业人员分批到定标车站进行集中学习，重点强调，反复灌输，确保理解充分。二是开展实操培训考核，提高操作水平，将样板引路落到实处。

（三）基础数据测定管理。车载ATP目标距离模式曲线生成的基础数据来源主要有两方面，一是动车自生的各种参数，二是地面线路的基础数据。因此基础数据对于动车的安全运行起着极其重要的意义。信号工程施工的基础数据主要包括信号点的里程、区段长度、信号机里程、道岔的岔尖里程、机械绝缘节里程、应答器里程等，在信号施工中必须对基础数据测定准确。为了准确测定信号点我们一般采用相对参照物测量与正向计算测量相结合对比的方式保证测量的准确性。如：每一个信号点都有一个DK里程，通过站前单位提供的线路里程信息（桥梁地段主要参考桥墩里程、CPIII 里程；路基地段主要参考CPIII 里程、电气化杆基础里程；隧道地段主要参考CPIII 里程）测量确定位置并做好标记，然后用钢卷尺或者激光测距仪根据图纸区段的长度进行测量确定下一个信号点的位置并做好标记，然后再用站前单位提供的基准点里程测出本信号点的位置，比较两个位置的偏差值，如果无偏差表示信号点里程正确，测定完成。在测定过程中对于现场特殊情况信号点需要移动位置的要做好记录，并及时上报设计院确认，保证列控数据编制的正确性。

综上所述，接口管理、首件定标管理、基础数据测定管理是高速铁路信号施工技术管理的关键及难点，在工程建设过程中要高度重视，加强过程控制，确保得到落实，保证信号工程施工质量，为高速列车运行提供可靠保障。

参考文献：

高速铁路信号系统结构分析方法 篇4

1 由点到面分析

信号系统结构复杂, 整体把握无从下手时可由点到面进行分析。通过理解系统工作的一个典型环节进而理解整个系统的构成。临时限速下达就是这样一个典型环节。

因某段线路维护、施工等原因, 需对行驶至此的列车下达临时限速命令, 以保证列车通过该段线路时, 能将速度降到规定值以下。临时限速下达流程见图1[1]。

临时限速命令由调度中心 (CTC) 发出, 经临时限速服务器 (TSRS) , 分别传送给无线闭塞中心 (R B C) 和列控中心 (TCC) 。无线闭塞中心的“无线”是指通信专业的GSM-R网络, 有了“无线”系统才能运行在CTCS-3状态。在此模式下, 临时限速只发给R B C就可实现其功能。为保证安全性, CTCS-3系统以CTCS-2作为后备。当RBC故障时, 还能通过有线方式传递这一临时限速信息, 即通过TCC传送。TCC控制LEU, LEU控制有源应答器。当列车通过有源应答器时, 这一信息传递给车载设备。

2 按主次关系分析

高速铁路信号系统是一个由主干和分支组成的有机整体。先分析主干, 再分析分支, 能够层次分明地理解信号系统。

2.1 信号系统主干

信号系统核心层由5部分组成:CTC, RBC, TSRS, TCC和计算机联锁 (CBI) , 相互间关系见图2。

CTC设备主要负责将阶段计划自动转化为进路命令发送给联锁系统, 实现列车调度;通过CTC/RBC接口与RBC交互登录、时间、列车信息, 并通过CTC/RBC接口将调度命令下达到列车[2]。

RBC是在CTCS-3模式直接管理列车设备, 接受列车注册与注销, 接受来自列车的位置报告和列车数据。RBC根据CTC、联锁、临时限速服务器发送的进路、限速等信息向列车提供移动授权, 即实时告诉列车目前状态下“能以多高的速度走多远”, 并显示在驾驶室的DMI上。

列控中心管理轨道电路和有源应答器, 进而能在CTCS-2状态下告诉列车目前状态下“能以多高的速度走多远”。

2.2 信号系统分支

信号系统的核心层是主干部分, 主干上还有若干分支用以实现主干功能。RBC对外与GSM-R中心相连, 通过基站与车载设备进行通信 (见图3) 。

调度中心系统、车站系统两级结构组成高速铁路调度集中系统 (见图4) 。

列控中心一方面控制通过LEU、有源应答器把信息传送给车载设备, 另一方面与轨道电路连接, 实现站内和区间轨道电路的载频、低频信息编码功能, 并控制轨道电路的发送方向 (见图5) 。

3 按信号网络分析

信号系统由3个网络组成:信号安全数据以太网、调度集中数据通信网、集中监测数据通信网 (见图6) 。

RBC, TSRS, TCC和联锁通过信号安全数据网通信。各CTC车站站机通过调度集中数据通信网相连。需要监测的设备都接入集中监测数据通信网。通过3个相对独立又互相联系的网络, 信号系统各子系统信息得到交互, 组成有机整体, 实现整体功能。

院, 助理工程师, 北京, 100043

参考文献

[1]张曙光.CTCS-3级列控系统总体技术方案[M].北京:中国铁道出版社, 2008

高速铁路信号 篇5

一.系统概述

高速铁路信号控制平台安全型计算机联锁（VPI）系统要求计算机设备具有足够高的安全性和可靠性，以确保列车管理管理系统的安全性。中国铁路通信信号总公司研究设计院基于研祥公司的双冗余CPCI总线系统开发了安全型计算机联锁（VPI）系统，成功的应用于中国铁路的各个区域。

二.系统要求

铁路车站联锁系统对车站上的信号机、道岔和轨道铁路等信号设备进行相互关联控制，为在车站行驶的列车建立一条安全的行驶线路。传统的车站联锁设备采用继电器电路实现，称为继电器联锁。计算机联锁采用计算机技术实现对铁路车站信号设备的运算和控制，是新一代车站联锁设备，广泛应用于现在的高速铁路线路上。车站联锁设备是直接关系到列车行驶安全和运输效率的重要装置。

三..系统描述

安全型计算机联锁（VPI）系统是一种“故障-安全”的、以微处理器为基础的车站联锁信号控制系统。

VPI是具有部分“固有故障-安全”电路，既采用了二取二的“组合故障-安全”技术，又采用了“反应故障-安全”技术的综合安全系统。

VPI双冗余热备系统既满足了铁道部对可靠性和可用性的高要求。VPI系统采用完全冗余架构，其主系统和备用系统分别执行同一工作，并经同步检查，确保主备系统同步工作，实现真正的热备冗余。

四.系统框图

车站计算机联锁系统的组成：由控制台子系统、检测子系统、联锁子系统、输入输出子系统和继电器接口电路五部分组成。

为了满足对高可靠性和安全性的要求，联锁机采用三个90-70三取二表决方式同步工作。联锁处理子系统（IPS）

IPS Interlocking Computer IPS是整个VPI系统的核心，它由两套“双系热冗余组合故障安全” 加“NISAL反应故障安全”专用联锁机（IPSA和IPSB）组成，根据需要可以分中央逻辑控制（CLC）和区域逻辑控制（ZLC）的分层结构。

项目产品清单

CPCI加固通讯终端高铁信号控制平台系统配置如下:

CPC-8716 整机

7U双系统 14槽 19"标准CPCI上架机型

每系统1个系统槽，6个外设槽

每系统1+1冗余CPCI电源，兼容AC/DC输

风扇可拆卸

CPC-1814CLD5NA-N双核主控板

Intel® Core™ 2 Duo Processor L7500/T7500，BGA，4M L2 cache，800Mhz FSB

板载2GB 667MHz DDR2 SDRAM

RAID 0/1/10存储模式，5个千兆网口

宽温工作范围：-40℃ ~ +80℃

CPC-16COM

16个串口支持RS232/422/485，最高速率支持115200bps

工作温度：-40℃ ~ +80℃

CPC-2CAN-6U

DB9接口，双路智能CAN口，符合DeviceNET和CANopen标准

光电隔离，隔离电压2500VDC

五、EVOC产品优势

1、国内最强大的CPCI产品研发队伍，可提供国内最完善、最齐全的CPCI加固产品解决方案。

2、研祥CPCI产品应用于军工、通讯、轨道交通、安防、电力、钢铁等多个行业

铁路信号专家的创新梦 篇6

2013年10月12日，国务院总理李克强在中国高速铁路展上亲自向泰国总理英拉推介中国高铁技术，高铁不仅创造了世界铁路发展史上的“中国速度”，而且还将走出国门为区域经济一体化注入新动力。在近年来飞速发展的中国铁路事业的背后，有一批致力于铁路现代化建设的科研工作者，北京交通大学钟章队教授就是其中有着突出贡献的一位。作为铁路通信专家，他带领创新团队数十年如一日，投身铁路通信的研究和应用，为铁路六次大提速、青藏铁路、大秦重载运输、高速铁路等国家重大工程以及创新人才培养奉献着青春和智慧。

GSM-R研究第一人

铁路通信与信息系统是整个轨道交通系统的神经中枢，也是确保安全可靠运行、提高运输生产率的保证。“铁路通信生死攸关，中国需要先进的、面向未来的通信”，早在1994年，32岁的钟章队就提出铁路未来的移动通信一定是数字的，一定是小区制、高可靠性的。那时他已开始对欧洲高铁采用的GSM-R进行跟踪研究，1996年至2000年间，钟章队4次赴欧洲进行实地考察，参加了数十次学术研讨会并发表了大量相关学术论文。

瞄准国家需求的研究在机遇面前总能抢占先机。2002年，已经有近10年研究积累的钟章队获得了铁道部项目支持，在北京交通大学建立了国内第一个GSM-R系统应用模拟实验室。

2004年，青藏铁路开始修建，钟章队带领团队入驻格尔木，参与青藏铁路试验线的建设。在近两个月的时间里，他们每天工作十余小时，往返海拔2000米～4000米的高度，完成了近千项测试项目，发现并解决了若干个只有在工程现场才会遇到的实际问题，为GSM-R在中国铁路的进一步实施提供了可靠依据和标准。他们面对高寒缺氧毫无惧色，遭遇鼠疫毫不退却，在艰苦的环境里依旧保持革命乐观主义精神，团队师生们就像一个大家庭，彼此关怀，共同克服难关。青藏铁路GSM-R试验段项目的成功实施，使整个青藏铁路的通信工程施工得以在此基础上全线铺开，中国乃至亚洲拥有了第一条使用GSM-R通信系统的铁路。

随后几年，钟章队率领科研团队运用GSM-R技术解决中国的“燃煤”之急——即攻克重载运输机车同步操作控制传输难关，使有“能源战略大动脉”之称的大秦铁路年运输煤炭突破4亿吨，创下了新的世界纪录。回想起奋战在大秦线的日子，钟章队充满感情：“这条大秦线，山连着山，桥连着隧道，五年里我们不知道走了多少个来回，在这条线的试验过程中我们共毕业了四批研究生！”

经过多年的科研攻关，钟章队率领团队取得了一个又一个丰硕的成果：青藏铁路、大秦线、京津城际、武广客运专线、郑西客运专线，乃至近年来蓬勃发展的高速铁路，GSM-R技术也不断走向成熟，推动着中国铁路建设和国家经济社会的发展。

专注创新管理 培育创新人才

创新成果有着辉煌的光环，然而创新的过程却是艰辛和苦涩的。“开创总是摸索以前没有走过（下转77页） （上接75页）的路，但开创新的领域，就是在创造历史。”说到团队目前的研究方向，钟章队有着开拓者的自信，“作为创新团队，我们的发展理念是顶天立地，立地是指直接面向国家重大工程；顶天，则是要求团队始终瞄准前沿问题，并在基础理论创新方面有所突破。”随着高铁时代、信息时代的到来，高速移动的列车和旅客日益增加的需求给移动通信带来了新挑战。2006年开始，钟章队又将研究目标锁定在新一代铁路移动通信，即LTE-R的研究与应用中。他要求自己和团队成员，必须在相关领域担起重任，为我国轨道交通通信可持续发展提供技术支撑和人才储备。“将一根根指头，攒成一个拳头，打出去才有力量！”要产出创新成果，就需要团队协作，钟章队深知这一点，近几年他做了大量凝聚团队的工作，“请进来，走出去”是他谋划并开展了多年的策略。“请进来”，就是请各国在通信领域有建树的专家学者来学校交流，与团队进行相关课题的合作，共同培养学生。“走出去”，就是让团队成员更多地走向国际学术舞台，让硕士生、博士生有机会到国外学习，参加国际会议，代表国家发出属于中国的声音。团队也聚合了越来越多的青年才干，一个学缘结构更丰富，学科交叉融合，优势互补的团队正在不断发展壮大。 2011年，钟章队被学校委任为学校计算机与信息技术学院院长，他用带团队的经验来管理这个学院，确定了学院以师资队伍建设为基础，人才队伍建设为关键，人才培养为核心的发展理念，秉承“文化、创新、管理、国际交流四个驱动”的学院工作总思路，开展了大量的改革探索。两年多来，学院教学、科研工作取得了优异成绩，科研经费同比增加20%以上，国家自然科学基金项目取得历史性突破，科研成果继续稳步上升，并成功申报了国家教学示范中心、国家工程实践中心。他倡导的“以学院为家”的理念，让学院教职员工凝聚起来形成合力，大家齐心协力与学院共成长。

2013年年初，钟章队当选为第十二届全国政协委员，结合自身工作和最关心的问题提交了两个提案，其中“用创新机制提高博士生创新能力”的提案，针对我国高层次人才需求急迫，与科技发达国家相比，我国博士生科技创新能力较弱这一问题进行了深入的调研，并提出了建议，该提案受到政府部门的高度重视并被立案采纳。钟章队的新征程，是创造更好的教育环境，培养更多的创新人才，助力中国梦的腾飞。

（作者单位：北京交通大学）

高速铁路信号 篇7

关键词：微机监测,高速铁路,信号系统,应用

我国的铁路运输发展十分迅速,并且目前我国的高速铁路即高铁也取得了举世瞩目的成就,甚至我国的高铁技术更是推向了全世界。在这样的前提下,高铁的安全性就成为了一个重中之重的问题,而在高铁的安全性当中高铁信号系统占有着举足轻重的位置,甚至可以说大部分的安全问题都与铁路信号系统有着直接的关系,因此保证铁路信号系统的正常准确运行则成为了高铁安全性方面的重要工作。目前,我国对于高速铁路信号系统的安全性保障主要是通过微机监测系统来完成的,利用微机对于高速铁路的信号系统进行不间断地监测,从而保证高速铁路信号系统的准确性和稳定性。今天我们就来谈一谈关于微机监测系统在高速铁路信号系统中的应用问题。

1微机监测系统的构成

我们首先要来明确微机监测系统是怎样构成的,即什么才是一个完整的微机监测系统。微机监测系统在高速铁路信号系统中其作用就是对高速铁路信号系统进行检测,因此其在这里也被称之为信号微机监测系统。信号微机监测系统主要分为车站系统、电务段管理系统、车间机、广域网数据传输系统以及上层网络终端几部分,这几个部分合在一起组成了信号微机监测系统。

2微机监测系统对于高速铁路信号系统的作用

微机监测系统是目前我国对于高速铁路信号系统检测的一个重要手段,并且能够利用微机监测手段实现以往传统检测手段所无法实现的全方位监控。

2.1微机监测系统是高速铁路信号检测的重要手段

微机监测系统最大的优势就在于其能够及时地监测信号的变化,从而发现信号中所存在的各种问题。在以往较为传统的信号监测系统当中,其所监测到的数据由于条件所限是无法长久保存的,并且系统也不能更加及时地将问题进行良好的反馈从而使得整个系统存在着一定的缺陷。但是微机信号检测系统的出现则解决了这一难题,微机本身就具有长期储存数据的功能,因此可以对监测数据进行储存,并且能够对这些储存的数据进行分析从而发现问题,排除故障使得可能出现的相关事故得以避免。

2.2信号微机监测系统可以对高速铁路信号实施全方位监控

计算机运用到监测系统以后,对信号可以二十四小时的全天全程的进行监控,把监控的数据在计算机里进行存储,保证了数据的连贯完整性。同时,计算机的客观性可以避免人为的主观意识带来的不必要的干扰。通过对相关数据连续性的分析可以更明显的发现其中的变化,进行比较,对于可能出现的隐患进行排查,及时配合有关部门进行处理。

3现阶段信号微机监测系统应用中存在的问题及相关措施

目前我国的高速铁路技术虽然发展的十分迅速,并且技术也日趋成熟,但是在信号微机监测系统当中,依旧还存在着许多问题需要我们解决,如果不能将这些问题解决,那么很可能对于高速铁路信号系统造成极大的影响,从而使得高速铁路的安全性无法得到更好的保障。下面我们就来看分析一下相关的问题及解决措施。

3.1信号微机监测系统对信号处理存在偏差

在实际的信号微机监测系统应用中,微机检测系统对于信号的处理是存在一定偏差的,这种偏差形成的原因主要是因为相关图标中的图示设备与实际的并不吻合,铁路实际的轨道电路和信号设备监测情况与弃实际发生的情况也存在着不小的差异。之所以出现这样的情况,一方面是因为在微机监测系统安装的过程当中对系统本身的校准工作做的不够,从而忽略了信息所必须具备的精准性,需知差之分毫,谬之万里,在高速铁路的信号方面丝毫的偏差都可能引起大型的事故发生。因此,我们如果想要杜绝这样的情况就必须对发现了的不实信息进行进行及时有效的修改和整理,从而确保这些信息的准确性。不仅如此我们如果想要从根本上改善这样的情况就必须对微机监测系统施行改进和完善,并且应当加大对于信号微机监测系统的技术投入,并且应当适当地引进外国的先进微机监测系统从而使得我国自身的信号微机监测系统能够与时俱进,不断完善。

3.2信号微机监测系统收集的数据存在误差

误差和偏差是有所不同的,误差本身是由于信号微机监测系统自身的缺陷所引起的,而与人为因素的关系并不大。信号微机监测系统数据存在的误差对于整个信号系统最大的影响还是在于误差的出现会引起系统对于问题时间的报警过于频繁,从而引发了“狼来了”效应使得工作人员对于这种报警的关注程度有着明显的降低,并不能将这种报警重视起来。这样的情况,对于信号系统的正常监测和维护是极为不利的。归根结底误差的出现还是由于数据的校准没有按照规定进行,由于我国铁道部门在引进了信号微机监测系统之后就停止了人工测试的环节,这对于信号微机监测系统来说无疑是增加了很大的难度。对于这样的情况我们只能在发现误差时及时向相关部门汇报,从而协助技术人员更加及时地对系统进行调试从而减少类似的情况发生。

3.3对于微机监测系统提供的数据信息分析理解不够

信号微机监测系统其工作方式注定了它是要向操作人员提供数据信息的,这些数据信息每一项都有着自身较为重要的意义。但是目前我国的高速铁路信号微机监测系统的操作人员对于系统提高的这些数据信息的分析能力不足并且由于工作较为繁重也没有过多的时间对这些数据进行过于仔细的分析。针对这一现象,首先要明确责任,把责任落实到个人,对于事故进行严格的奖罚处理,对那些认真工作能够及时发现问题的员工进行奖励,同样对于在工作中不积极认真的员工进行相应的惩处。

结束语

信号微机监测系统对于高速铁路信号系统有着极为重要的作用,其对于整个高速铁路的平稳安全运行都有着极大的意义,我们必须将信号微机监测系统重视起来从而使得其能够发挥出应有的作用。

参考文献

[1]吴刚毅.微机监测系统在电务设备中的应用[J].铁路通信信号工程技术,2007(4).

[2]焦景忠,王永光.信号微机监测系统功能发展趋势[J].铁路通信信号工程技术,2009(6).

[3]马国治.高速铁路关键技术组成[J].科技信息,2010(30).

高速铁路信号 篇8

1 国外TBS的发展情况

1.1 北美TBS的发展情况

1983年, 美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息, 并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装, 节省了系统成本, 还消除信号盲区, 增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展, 在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统, 其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段, 在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误, 使列车行驶更加安全。另外, PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

1.2 欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统, 包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面, ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前, 欧洲各国铁路标准和模式不尽相同, 轨距、信号设备、供电设备也不一样, 因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后, 各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范, 并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一, 提高各国铁路的互操作性, 使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

1.3 日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中, 先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统, 以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时, 采用的最强的自动制动, 影响了乘客的舒适程度。在1987年, 日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究, 为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度, 使地面系统能够很好的了解列车运行情况, 保证列车的运输安全。

2 TBS的特点和问题

在速度比较高的高速铁路上, 距离比较近时, 可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时, 则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机, 通过调度控制计算机的处理, 再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作, 如果列车司机没有及时作出反应, 信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。

2.1 TBS的特点

(1) 在TBS中, 主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行, 加大了高速铁路信号系统的管理职能, 保证了列车的安全, 提高了铁路线路的通行能力。

(2) 在无线通信信号系统控制下, 列车和地面的可靠信息量增大, 列车运行变得更加稳定, 且避免了不必要的加速和制动, 节约了能源, 也让旅客乘车变得更加舒适。

(3) 无线通信技术的运用, 省掉了大量的地面信号装备, 大大减少了设备的安装、维护、修整费用。

(4) 无线通信信号系统的适应能力极强, 通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高, 且能够自动调整运行图, 大大的提高了铁路运输管理能力。

(5) 无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。

2.2 TBS的问题

(1) 高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率, 传输环境恶劣, 很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。

(2) TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息, 列车进行操作可能会有时间上的延迟, 可能会给列车的运行造成不良的影响。

(3) 轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道, 虽然传输信息量大, 抗干扰能力强, 但设备费用较高, 且防盗能力很差, 一旦丢失, 后果严重。

3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用

3.1 微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究, 但ATCS中提出, 可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心, 并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令, 以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心, 通过电缆连接现场设备, 从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来, 无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资, 且大型站场道岔众多, 干扰较大, 但还是具有较好的发展前景。

3.2 集中调度

在调度集中系统中, 调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况, 并根据得到的信息排列进路。但利用TBS, 控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度, 并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令, 保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信, 给列车的运行带来了很大的方便, 且实现了行车指挥自动化。

3.3 中继器

在高速铁路的实际运行中, 我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站, 这样不但增加了设备投资, 还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器, 基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号, 从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区, 还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

3.4 提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率, 防止由于无线设备故障造成不必要的损失, 主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态, 并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息, 可以计算列车通过道口的时间, 并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样, 列车通过平交道口就有了安全保障, 而且还大大提高了道口的通过效率。

3.5 加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时, 维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中, 通过主控中心的传送, 列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中, 列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作, 另外在列车接近维修点事, 移动终端接受到地面系统的警报信号, 以保证列车能够及时在维修段之前停车。

4 总结

随着高速铁路的不断发展, 要确保列车的安全, 先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中, 无线通信的运用仍处于初期阶段, 在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口, 使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

摘要：高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用, 不但减少了高速铁路的信号系统成本, 还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步, 高速铁路不断的向着智能信息化转变, 这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求, 为了适应高速铁路的快速发展, 各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况, 分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题, 并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。

关键词：无线通信,高速铁路,信号系统

参考文献

[1]闵耀兴.我国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈铁科技通讯, 1997 (04) .

[2]姚丽娟.我国铁路信号系统的现状与发展[J].铁道通信信号, 2003 (04) .

[3]步兵.基于通信的列车控制系统的可靠性分析方法[J].交通运输工程学报, 2001 (01) .

高速铁路信号 篇9

我国目前运用的轨道信号主要是交流计数信号(解调时间大于4 s,且抗干扰性能很弱)、移频信号(频点设置不合理,不满足正交条件,占用频带宽,抗干扰能力弱,大部分频率解调难度大,解调时间长,存在倍频信号的隐患)、UM71信号、ZPW2000A信号(频点不满足正交条件,16.9 Hz以下的调制频率的调制系数大,对上下边频的漂移敏感,存在倍频的隐患)、数字编码信号(设备复杂昂贵,解调时间2.5 s-3.0 s)。但这些轨道信号存在的缺点,导致其完全不能适应当前国内高速铁路的需要,因此急需研制新型国产轨道信号系统。新型轨道信号必须适应列车提高运行速度和运行密度的需要,适应重载运输的需要,适应电气化铁路发展的需要。同时还不能脱离现有的基础,要尽量利用现有的轨道电路信道,即在现有轨道电路的基础上设计新型轨道信号。为此本文讨论了自主开发的适应于高速铁路的改进型数字编码信号和正交化FSK信号,并研究了一套能够模拟以上两种高速铁路信号发送和解调过程的硬件平台。

1 系统分析

通过对原有的铁路轨道信号进行国产化改进,提出了适合中国高速铁路的改进型数字编码和正交化FSK信号,并开发了以TMS320C6722浮点DSP为数据处理核心的高速铁路信号的发送与接收模拟系统。该系统为通用型系统,不但可以实现改进型数字编码和正交化FSK信号的发送和解调,而且预留了更多的扩展接口,可以应用于研究创新实验。

本系统按其主要功能分为信号发送和信号解调两部分,系统的整体结构图如图1所示。

1.1 信号发送单元

信号发送单元主要实现信号的产生和发送,同时还可在信号中混入噪声,进行实际轨道信号的模拟。信号发送由上位机控制,上位机选择发送信号的幅度、载频、调制频率等参数,并选择是否添加噪声,然后通过USB传输到硬件系统控制DDS发码单元发送相关制式铁路信号。在发送过程中,上位机界面可以实时显示信号的发送参数和相应波形。

1.2 信号解调单元

信号解调单元负责接收信号,对其进行时域和频域分析。通过对载频信息的检测完成对各种制式的确定,然后按照不同制式的解调算法进行解调。信号解调过程首先由A/D采集DDS发送的轨道信号,然后采集数据送入DSP处理器,DSP判断信号制式进行相应解调,解调后的数据通过双口RAM送入ARM协处理器,ARM控制液晶显示信号制式、载频、调制频率等,并通过USB传输解调信息到上位机实时显示。

2 系统硬件分析

系统的硬件整体框架图如图2所示[2]。

2.1 双CPU单元

采用TI公司的浮点DSP处理器TMS320C6722作为整个系统的核心,应用其出色的运算能力和数据处理速度快、精度高等优点,完成系统的数据处理任务。控制单元采用CORTEX-M3为内核的ARM芯片STM32F103ZET6作为核心,其强大的控制能力,满足了整个系统的控制要求;其丰富的外设配置,为系统的扩展和升级提供了很大的空间[3,4]。

2.2 主要外围电路单元

DDS发送单元以AD9831为核心,配合相应算法及程序发送正交化FSK信号和数字编码信号。由于AD9831频率寄存器切换选择线(FSELECT)需由定时器的输出脉冲控制,以实现多频之间切换,而DSP芯片定时器未设置定时器的外部引脚,故DDS的控制由协处理器STM32F103ZET完成。

信号采集单元以MAX1322为核心,通过并行数据线与TMS320C6722相连,AD_EOC#连接C6722的外部中断引脚,读写及片选由CPLD逻辑译码产生。

2.3 通信单元

系统中DSP和ARM之间采用双口RAM (IDT70V24)通信。该芯片配有两套完全独立的数据线、地址线、读/写控制线,允许主从控制器对双端口存储器的同一单元进行同时存取。两套完全独立的中断逻辑用来实现两个CPU之间的握手控制信号;两套独立的“忙”逻辑,保证两个CPU同时对同一单元读/写操作的正确性;读/写时序与普通单端口存储器完全一样,存取速度完全适合高速、实时的通信系统。

PC和ARM之间采用USB或RS-232串口通信。

2.4 CPLD模块

采用ATMEL公司的CPLD芯片ATF1508AS完成对整个系统的时序控制和硬件接口逻辑。它可以把DSP芯片进一步解放出来集中完成数据处理工作,提高DSP芯片的使用效率;它还实现复位控制、输出时钟的功能。

3 轨道信号的改进方案

如果以目前的轨道电路为基础对现有铁路轨道信号进行改进,将大大降低改造成本,而且改造容易,可以迅速普及。以下提出的方案基于目前的轨道电路[5]。

3.1 正交化高速高可靠轨道信号

FSK信号是用数字调制信号的正负来控制载波的频率,即频移键控信号。目前国内使用的UM71轨道信号,虽然有占用频带窄、不容易受到干扰、解调相对容易、反应时间快等优点,但是其调制频率的设置仍不满足正交条件,16.9 Hz以下调制频率的调制系数偏大,对上下边频的漂移敏感,也存在倍频信号的隐患,UM71频谱集中在中心载频附近,当调制频率较低时,调制系数偏大,尤其是10.3 Hz时,其能量分布除了在中心载频处有最大值外,它的次高谱线、次次高谱线处的能量也较大,不利于解调的可靠性。针对这些缺点,对其进行正交化改造。

根据最佳接收系统的条件,如果移频键控信号FSK的两个频率f1和f2满足相互正交,则该信号系统的接收检测可以达到最佳,进而保证系统的可靠接收,提高系统的稳定性。通过推导可证明FSK信号的正交条件为两频率之差是其调制频率的整数倍。由FSK信号的频谱可知,其谱结构是以载频为中心、以调制频率为间隔的离散谱。因此调制频率越小,谱线越集中,信号频带越窄。正交化轨道信号采用调制系数0.5,不仅可以得到较窄的带宽,还有很好的功率谱结构,方便可靠解调。改造方案大体如下:

(1)采用原ZPW2000A信道,载频设置上行2 000 Hz、2 600 Hz,下行1 700 Hz、2 300 Hz。这样可以利用原轨道电路。

(2)调制频率设置满足正交性,且正交系数为1,调制系数0.5。

(3)不同的调制频率对应不同的频偏,形成自适应频偏体系。

(4)特征谱一次边频分量的相对幅度为1/3。

(5)避开了50 Hz的谐波干扰。频带控制在正负40 Hz以内。

(6)调制频率的选择避免倍频的可能。

(7)解调速度提高到0.4 s～0.6 s。

所以将调制频率设计为从16.4 Hz～31.6 Hz,间隔为0.8 Hz递增,避开了倍频的可能,从而可以增加到20个调制信号。

3.2 新型数字编码信号

TVM430数字编码信号有27个信息位,信息量远高于国内原有轨道信号。但是其最大缺陷在于信号解调周期长,信号可靠确定时间长,大大超过国产移频信号和UM71信号。此外该轨道信号系统运行成本昂贵,性价比低,且应用中信息位存在冗余,理论上若信息位降低,解调周期必定会减少。针对以上问题,对TVM430信号进行国产化技术改造,在保证信息量的同时降低信息位,使之成为一种具有较高信息传送能力、解调周期短、适合中国国情的数字轨道信号系统。

经过对铁路现场的调研和分析,提出了改进方案。改进的TVM430数字编码信号被命名为新型数字编码信号。新型数字编码信号在满足我国铁路的实际情况的前提下,相比于原信号减少了低于4.08 Hz的低频信息,从而提高了信号的抗干扰能力和解调速度。新型数字编码信号去掉了路网码,信息位共20 bit,其中坡度码3bit、闭塞分区长度码4 bit、速度码5 bit、循环冗余校验码6 bit、奇偶监督码1 bit、占用码1 bit。1 bit奇偶监督码专门用于速度码的检测。为了提高解调速度,在不同的信息码之间添加0码,即不同信息码连接处的频率间隔为1.28 Hz。载频沿用TVM430信号的1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz四个载频。

4 系统主要软件设计

本系统软件设计主要包括:系统的整体控制、正交化FSK信号的发送和解调、数字编码信号的发送和解调。铁路轨道信号发送和解调过程主流程图如图3、图4所示。

4.1 正交化FSK信号发送与解调

4.1.1 信号的发送

上位机控制界面选择要发送信号的各项参数,包括制式、载频、调制频率、频偏等,通过USB传输信号信息发送到ARM,ARM根据信号信息设置定时器参数,发送DDS频率参数,完成FSK信号的发送。

4.1.2 信号的解调

正交化FSK信号的解调过程中,采用了频域解调方法。频谱识别法能准确直观地找到特征功率谱,从而得出载频和调制频率。在正交化FSK信号中,调制频率和频偏存在倍数关系,可通过载频和调频计算出上下边频,即上下边频=载频+调频/2。

4.2 新型数字编码信号发送与解调

4.2.1 信号的发送

新型数字编码信号码字共19 bit,该信号是由多个低频信号叠加形成的多音频调制信号,信号频谱中有很多的交叉调制项,通过DDS发送时,采用调相的方式实现。首先根据数字编码信号的特点建立相位表,然后初始化ARM的定时器,设置ARM定时器的中断频率为16 384 Hz。当每次中断发生时查表将相位表中的一个值写入AD9831的相位偏移寄存器,重复发送相位表的值即可完成信号的发送。

4.2.2 信号的解调

解调方法采用脉冲解调原理。根据数字编码信号的特点,其频谱以载频为对称轴,载频两侧有两条占用码形成的对称的谱线,这三条谱线在频谱中幅值较大。根据这一特征,对采样信号求功率谱,找出其中的五条幅值较大的谱线按频率排序,然后按照相应规则判断载频是否存在。如果存在则继续解调,否则重新采样。原信号通过高通滤波器后量化处理,在幅值正过零处形成脉冲序列,低通滤波后得到调制信号。对调制信号加Hamming窗截断后进行FFT变换,就得到了调制信号的频谱结构。新型数字编码信号的调制频率的间隔为0.64 Hz。为了能准确地识别出不同的调制频率,采用了ZFFT技术得到0.031 25 Hz的频谱观察分辨率。得到的低频信息还需进行CRC校验以检测解码的正确性。CRC校验的优先权高于奇偶校验,若CRC校验不通过,再对速度码进行奇偶校验,如果速度码正确,则对信息码循环纠错,直到通过CRC校验,解码结束[6]。

4.3 USB通信设计

本系统的USB通信部分实现ARM和上位机之间的通信。系统采用全速USB2.0标准进行批量数据传输。STM32F103ZET自带USB2.0全速设备外设固件接口,即USB固件库。可以用此库进行USB宏单元简化开发。通过USB的高、低优先权中断处理函数USB_HPI()与USB_LPI(),响应相关的批量传输中断。

4.4 上位机软件设计

由于所发送信号参数复杂,如果用硬件实现信号的发送控制,必将造成面板设计复杂,而且显示的信息量也不多,因此采用PC机作为主控制端,在PC上用Borland C++Builder 6开发相关发送、接收界面。

基于TMS320C6722 DSP浮点处理器的轨道信号模拟系统,能够模拟高速铁路信号的发送和解调过程。该系统在实现轨道信号的实时发送过程中,能够随时添加单频干扰或双频干扰。本系统经过测试,性能稳定,解调结果正确,各项指标符合铁道部要求,达到了预期的要求。该系统可为国内高速铁路信号系统提供可行的解决方案,也可为教学和实验提供演示,具有很好的应用前景。

摘要：介绍一套高速铁路轨道信号模拟系统,讨论了系统的硬件和软件设计方法。系统以TMS320C6722浮点DSP为数据处理核心,ARM协处理器为控制核心,能够模拟自主开发的、适合中国高速铁路的改进型数字编码和正交化FSK轨道信号的发送和解调过程。

关键词：高速铁路信号,浮点DSP,发送,解调

参考文献

[1]李开成,卜长堃,毛俊杰,等.国外铁路通信信号新技术纵览,第一版[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[2]杜普选,马庆龙.实时DSP技术及浮点处理器的应用[M].北京:清华大学出版社及北京交通大学出版社,2007.

[3]Texas Instruments Incorporated.TMS320C672x CPU and instruction set reference guide[EB/OL].2006.

[4]STMicro Electronics Incorporated.STM32F1O3x data sheet [EB/OL].2001.

[5]杜普选.铁路信号培训教材[R].北京交通大学内部讲义.

铁路通信信号一体化 篇10

通信的本质是在两个或多个有信息交换诉求的实体间, 有机地构建起一条或多条合适的信息交互渠道, 完成信息的有效传递, 重点是“实体”、“渠道”、“合适”三个概念。“实体”意味着信息诉求方, 可以是人, 可以是物, 也可以是由人驱动的物体。“渠道”即信息传输的通道, 可分为逻辑通道和物理通道, 可以是有线的也可以是无线的, 可以是面向连接的也可以是非面向连接的, 可以是点对点的也可以是点对多点或多点对多点的。“合适”是技术层面提到的QoS, 根据业务需求从信息传送时延/资源利用效率、带宽等多个纬度对“渠道”进行修饰和加工。

铁路信号的本质是利用现代的电子化信息技术/控制技术等手段, 辅助或独立完成对线路上运行的列车控制, 在保证绝对安全的前提下提高线路的运营效率, 减少或避免人为因素对列车运营安全带来的影响。信号与通信之间的关系是依赖与被依赖的关系, 通信技术所构建的“渠道”是传递列控信息信号的承载通道。因此, 构建“合适”的通道是技术层面通信、信号一体化需要研究的课题。

目前, 铁路通信定义的标准是GSM-R, 是在GSM Phase 2的规范协议基础上, 由国际铁路联盟 (UIC) 针对铁路的特殊需求改进而成, 主要增加了支持组呼、广播呼叫、多优先强占等业务功能。对信号而言, UIC定义采用GSM标准的Circuit Switch Data (CSD) 语音数据信道作为承载通道。

在无线场景下, 尤其是高速350 km/h的场景, 信号系统的信息交互对“合适”提出五方面的要求, 即丢包率、CSD业务建立时延及呼叫成功率、速率 (带宽) 、高优先信息包的插入传递、包加密及完整性检测。

针对武广和郑西高速铁路信号系统出现的问题进行分析, 其中重点是丢包率和速率 (带宽) 。目前, 武广高速铁路信号系统丢包率较高, CSD的业务带宽只能用4.8 kb/s (CSD的技术上限为9.6 kb/s) , 主要是受高速下多普勒效应带来的信道模型影响 (在其他山区/隧道等带来的多径效应也会影响信道模型) 。除了提升无线技术层面的适应力等传统技术手段外, 推荐以下两种改进技术。

(1) 优化GSM-R切换流程。按照GSM-R双网交织覆盖场景, 每小区平均覆盖范围约1 km, 平均约8 s, 高速列车将进入小区切换流程。通过在目标小区CSD资源预留算法, 加速切换流程, 将会一定程度改变因切换带来的丢包问题。

(2) 更改信号业务层面的传输层协议。将业务包分割成小包, 并且每小包进行固定3～4次重传。通过多包的传递将高误码率打散, 从而提高整包的一次性传递成功概率。