专利名称：移频轨道电路的移频参数测量系统及测量方法
技术领域：
本发明属于信号测量技术领域，涉及一种铁路信号测量系统，具体涉及一种移频
轨道电路的移频参数测量系统，本发明还涉及利用上述系统进行测量的方法。
背景技术：
在铁路系统中，对于列车运行主要是通过移频闭塞系统进行调控，以确保 行车安全。目前对移频信号的测量主要采用软件的方法基于快速傅立叶变换(Fast FourierTransformation FFT)算法来完成，该方法中软件算法的复杂度由对频率的分辨率 决定，要想提高对频率的测量精度，必须增加FFT算法的计算点数，对于高精度要求的频率 测量来说，势必要求FFT算法的点数多，导致其算法复杂度高，在实际应用中影响系统的实 时性，因此提出一种测量精度高、实时性好的移频参数测量系统及方法对提高系统的实用 性具有重要的意义。

发明内容
本发明的目的是提供一种移频轨道电路的移频参数测量系统，解决了现有的移频 参数测量系统测量精度不高，实时性不好，算法复杂的问题。 本发明的另一目的是提供一种应用移频轨道电路的移频参数测量系统进行测量 的方法。 本发明所采用的技术方案是，一种移频轨道电路的移频参数测量系统，包括依次 连接的信号调理电路、真有效值测量电路、模数转换模块和数据处理模块，数据处理模块还 和信号调理电路相连接，数据处理模块上还连接有过零点检测电路和电源管理模块，过零 点检测电路还和信号调理电路相连接，电源管理模块还分别与模数转换模块、信号调理电 路、真有效值测量电路、过零点检测电路相连接。 本发明所采用的另一技术方案是，一种应用移频轨道电路的移频参数测量系统进 行测量的方法，具体按照以下步骤实施 步骤1 :电源管理模块对信号调理电路、真有效值测量电路、模数转换模块、过零 点检测电路和数据处理模块供电，将被测移频信号输入到信号调理电路，信号调理电路对 被测移频信号进行数据预调理，将被测移频信号衰减到安全电压范围内，得到衰减后的移 频信号； 步骤2 :信号调理电路将上步得到的衰减后的移频信号传递给真有效值测量电 路，求出衰减后的真有效值模拟信号； 步骤3 :真有效值测量电路将上步得到的衰减后的真有效值模拟信号传递给模数 转换模块，进行模数转换得到衰减后的真有效值数字信号； 步骤4 :模数转换模块将上步得到的衰减后的真有效值数字信号传递给数据处理 模块，经数据处理得到被测移频信号的真有效初值； 步骤5 :数据处理模块根据上步得到的被测移频信号的真有效初值输出控制信号给信号调理电路，使得信号调理电路调整放大倍数后对被测移频信号进行调理，使调理后 的移频信号的幅值处于合适的范围内； 步骤6 :检测被测移频信号的移频参数被测移频信号的真有效终值、被测移频信 号的载频频率、频偏和低频频率， 检测被测移频信号的真有效终值，具体按照以下步骤实施 a.将步骤5得到的调理后的移频信号传递给真有效值测量电路，求出调理后的真 有效值模拟信号； b.将上步得到的调理后的真有效值模拟信号传递给模数转换模块，进行模数转换 得到调理后的真有效值数字信号； c.将上步得到的调理后的真有效值数字信号传递给数据处理模块，经数据处理得 到被测移频信号的真有效终值； 检测被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，具体按照以下步骤实施 a.将步骤5得到的调理后的移频信号输入给零点检测电路进行整形，得到整形后
的移频信号； b.将上步得到的整形后的移频信号与一标准时钟信号接入数据处理模块，采用一
定的算法求出被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率。 本发明的特点还在于， 其中的数据处理模块选用CPLD、 FPGA或单片机； 其中的采用一定的算法求出被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，具体按 照以下步骤实施 a.载频频率和频偏的测量算法为同时产生一个频率比载频频率高1000倍以上 的标准时钟信号f。，用逻辑门电路捕捉标准时钟信号和移频信号fx同时处于上升沿的时 刻，将相邻的两个同步时刻作为一个计数周期，用标准时钟信号f。和移频信号fx分别作为 计数器A和计数器B的计数脉冲，记录一个计数周期内计数器A的计数值M和计数器B的 计数值N，则由公式
MTX = NT0 /, = J /。 计算出每个周期对应的频率f,，该频率可能是移频信号的上边频、下边频或者上 下边频交替时刻的中间频率，如此连续测量出多个频率值，在一系列频率值中统计出出现 次数最多和次多的^值，即为移频自动闭塞信号的两个边频，即上边频和下边频，根据载频 频率fg^的表达式
/ _ /上+ /下 ^载频——
2
和频偏A f的表达式
2
求出所被测移频信号的载频频率以及频偏；
b.低频频率的测量算法为以整形后的移频信号相邻上升沿为计数周期，用一个
5比移频信号频率高1000倍以上的标准时钟信号进行计数，连续计数若干个周期，根据各个 周期计数值的大小找出低频频率的一个周期，然后求出每个低频周期中总计数值的大小， 在软件或硬件实现时根据系统所用标准时钟频率建立低频频率与计数值之间的对应关系， 最后采用查表的方法即可求出低频频率。 本发明的有益效果是，采用多周期连续完全同步测频法与统计相结合的方法来测 量载频频率和频偏，采用多周期连续计数法与查表法相结合来测量低频频率，一方面提高 了测量精度，另一方面算法复杂度方面比传统的FFT方法运算量大为减少，测量的总时间 长度在几个低频周期内即可完成，从而保证了测量精度和实时性两者的兼顾。同时，由于算 法复杂度的降低，该算法的具体实现可采用单片机或CPLD或FPGA来实现，降低了系统的硬 件成本。


图1为本发明移频轨道电路的移频参数测量系统的结构示意图； 图2为本发明测量系统中无缘轨道移频信号示意图； 图3是本发明测量方法中载频频率和频偏的测量方法示意图。 图中，l.信号调理电路，2.真有效值测量电路，3.模数转换模块，4.数据处理模
块，5.过零点检测电路，6.电源管理模块。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
对本发明进行详细说明。 无绝缘移频轨道信号如图2所示，移频信号由频率分别为上边频f ±和下边频f T 的信号以低频频率f ffi交替出现，则载频频率f ，为
「 ， V /上+ /下 /载频二^^^
2 (1) 频偏A f为
"/上—/下
△/=^^^
Z (2)
本发明移频轨道电路的移频参数测量系统的结构，如图1所示，包括依次连接的 信号调理电路1、真有效值测量电路2、模数转换模块3和数据处理模块4，数据处理模块4 还和信号调理电路1相连接，数据处理模块4上还连接有过零点检测电路5和电源管理模 块6，过零点检测电路5还和信号调理电路1相连接，电源管理模块6还分别与模数转换模 块3、信号调理电路1、真有效值测量电路2、过零点检测电路5相连接。数据处理模块4选 用CPLD、FPGA或单片机。 本发明应用移频轨道电路的移频参数测量系统进行测量的方法，具体按照以下步 骤实施 步骤1 :电源管理模块6对信号调理电路1、真有效值测量电路2、模数转换模块 3、数据处理模块4和过零点检测电路5供电，将被测移频信号输入到信号调理电路l，信号 调理电路1对被测移频信号进行初步的数据预调理，将被测移频信号衰减到安全电压范围
6内，得到衰减后的移频信号； 步骤2 :将上步得到的衰减后的移频信号传递给真有效值测量电路2，求出衰减后 的真有效值模拟信号； 步骤3 :将上步得到的衰减后的真有效值模拟信号传递给模数转换模块3，进行模 数转换得到衰减后的真有效值数字信号； 步骤4 :将上步得到的衰减后的真有效值数字信号传递给数据处理模块4，经数据 处理得到被测移频信号的真有效初值； 步骤5 :数据处理模块4根据上步得到的被测移频信号的真有效初值输出控制信 号给信号调理电路l，使得信号调理电路1调整放大倍数后对被测移频信号进行调理，使调 理后的移频信号的幅值处于合适的范围内； 步骤6 :检测被测移频信号的移频参数被测移频信号的真有效终值、被测移频信 号的载频频率、频偏和低频频率。 —方面，检测被测移频信号的真有效终值，具体按照以下步骤实施 a.将步骤5得到的调理后的移频信号传递给真有效值测量电路2，求出调理后的
真有效值模拟信号； b.将上步得到的调理后的真有效值模拟信号传递给模数转换模块3，进行模数转 换得到调理后的真有效值数字信号； c.将上步得到的调理后的真有效值数字信号传递给数据处理模块4，经数据处理 得到被测移频信号的真有效终值； 另一方面，检测被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，具体按照以下步骤实 施 a.将步骤5得到的调理后的移频信号输入给零点检测电路5进行整形，得到整形 后的移频信号； b.将上步得到的整形后的移频信号与一标准时钟信号接入数据处理模块4，采用 一定的算法求出被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率。 对于载频频率和频偏的测量采用连续多周期全同步测频方法与统计相结合的方 法测量出上边频和下边频，从而求出载频和频偏；对于低频频率的测量采用多周期连续计 数与统计相结合的方法，测量出一个低频周期总的计数值，最后采用查表的方法可以求出 低频频率。测量算法的具体实现采用CPLD(复杂可编程逻辑器件Complicate Programmable LogicDevice)或FPGA(现场可编程门阵列Field Programmable Gate Array)或单片机实 现。 测量被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率采用的算法，具体按照以下步骤 实施 (1)载频频率和频偏的测量方法如下如图3所示，同时产生一个频率比载频频率 高1000倍以上的标准时钟信号f。，用逻辑门电路捕捉标准时钟信号和移频信号fx同时处 于上升沿的时刻(称为同步时刻)，将相邻的两个同步时刻作为一个计数周期，用标准时钟 信号f。和移频信号f,分别作为计数器A和计数器B的计数脉冲，记录一个计数周期内计数 器A的计数值M和计数器B的计数值N，则由公式 <formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>^ (4) 计算出每个周期对应的频率f,，该频率可能是移频信号的上边频、下边频或者上
下边频交替时刻的中间频率，如此连续测量出多个频率值，在一系列频率值中统计出出现
次数最多和次多的4值，即为移频自动闭塞信号的两个边频，即上边频和下边频。之后用
公式(1)和公式(2)求出所对应移频信号的载频或中心频率以及频偏。
(2)低频频率的测量方法如下以整形后的移频信号相邻上升沿为计数周期，用
一个比移频信号频率高iooo倍以上的标准时钟信号进行计数，连续计数若干个周期(保证
总计数时间大于至少一个低频周期)，根据各个周期计数值的大小找出低频频率的一个周 期，然后求出每个低频周期中总计数值的大小，由于对于不同的低频周期，所计的标准时钟 信号个数不同，考虑到计数和软硬件带来的误差后，在软件或硬件实现时根据系统所用标 准时钟频率建立低频频率与计数值之间的对应关系，最后采用查表的方法即可求出低频频 率。 本发明移频轨道电路的移频参数测量系统及测量方法，采用多周期连续完全同步 测频法与统计相结合的方法来测量载频频率和频偏，采用多周期连续计数法与查表法相结 合来测量低频频率， 一方面提高了测量精度，另一方面算法复杂度方面比传统的FFT方法 运算量大为减少，测量的总时间长度在几个低频周期内即可完成，从而保证了测量精度和 实时性两者的兼顾。同时，由于算法复杂度的降低，该算法的具体实现可采用单片机或CPLD 或FPGA来实现，降低了系统的硬件成本。
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权利要求
一种移频轨道电路的移频参数测量系统，其特征在于，包括依次连接的信号调理电路(1)、真有效值测量电路(2)、模数转换模块(3)和数据处理模块(4)，数据处理模块(4)还和信号调理电路(1)相连接，数据处理模块(4)上还连接有过零点检测电路(5)和电源管理模块(6)，过零点检测电路(5)还和信号调理电路(1)相连接，电源管理模块(6)还分别与模数转换模块(3)、信号调理电路(1)、真有效值测量电路(2)、过零点检测电路(5)相连接。
2. 按照权利要求l所述的移频参数测量系统，其特征在于，所述的数据处理模块(4)选用CPLD、FPGA或单片机。
3. —种应用权利要求1所述的移频轨道电路的移频参数测量系统进行测量的方法，其特征在于，采用移频轨道电路的移频参数测量系统，包括依次连接的信号调理电路(1)、真有效值测量电路(2)、模数转换模块(3)和数据处理模块(4)，数据处理模块(4)还和信号调理电路(1)相连接，数据处理模块(4)上还连接有过零点检测电路(5)和电源管理模块(6)，过零点检测电路(5)还和信号调理电路(1)相连接，电源管理模块(6)还分别与模数转换模块(3)、信号调理电路(1)、真有效值测量电路(2)、过零点检测电路(5)相连接，具体按照以下步骤实施步骤1 :电源管理模块(6)对信号调理电路(1)、真有效值测量电路(2)、模数转换模块(3)、数据处理模块(4)和过零点检测电路(5)供电，将被测移频信号输入到信号调理电路(1) ，信号调理电路(1)对被测移频信号进行数据预调理，将被测移频信号衰减到安全电压范围内，得到衰减后的移频信号；步骤2 :信号调理电路(1)将上步得到的衰减后的移频信号传递给真有效值测量电路(2) ，求出衰减后的真有效值模拟信号；步骤3 :真有效值测量电路(2)将上步得到的衰减后的真有效值模拟信号传递给模数转换模块(3)，进行模数转换得到衰减后的真有效值数字信号；步骤4 :模数转换模块(3)将上步得到的衰减后的真有效值数字信号传递给数据处理模块(4)，经数据处理得到被测移频信号的真有效初值；步骤5 :数据处理模块(4)根据上步得到的被测移频信号的真有效初值输出控制信号给信号调理电路(l)，使得信号调理电路(1)调整放大倍数后对被测移频信号进行调理，使调理后的移频信号的幅值处于合适的范围内；步骤6 :检测被测移频信号的移频参数被测移频信号的真有效终值、被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，检测被测移频信号的真有效终值，具体按照以下步骤实施a. 将步骤5得到的调理后的移频信号传递给真有效值测量电路(2)，求出调理后的真有效值模拟信号；b. 将上步得到的调理后的真有效值模拟信号传递给模数转换模块(3)，进行模数转换得到调理后的真有效值数字信号；c. 将上步得到的调理后的真有效值数字信号传递给数据处理模块(4)，经数据处理得到被测移频信号的真有效终值；检测被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，具体按照以下步骤实施a.将步骤5得到的调理后的移频信号输入给零点检测电路(5)进行整形，得到整形后的移频信号；b.将上步得到的整形后的移频信号与一标准时钟信号接入数据处理模块(4)，采用一定的算法求出被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率。
4.根据权利要求3所述的应用移频轨道电路的移频参数测量系统进行测量的方法，其特征在于，所述的采用一定的算法求出被测移频信号的载频频率、频偏和低频频率，具体按照以下步骤实施a.载频频率和频偏的测量算法为同时产生一个频率比载频频率高1000倍以上的标准时钟信号f。，用逻辑门电路捕捉标准时钟信号和移频信号fx同时处于上升沿的时刻，将相邻的两个同步时刻作为一个计数周期，用标准时钟信号f。和移频信号fx分别作为计数器A和计数器B的计数脉冲，记录一个计数周期内计数器A的计数值M和计数器B的计数值N，则由公式MTX = NT0计算出每个周期对应的频率fx，该频率可能是移频信号的上边频、下边频或者上下边频交替时刻的中间频率，如此连续测量出多个频率值，在一系列频率值中统计出出现次数最多和次多的^值，即为移频自动闭塞信号的两个边频，即上边频和下边频，根据载频频率f载频的表达式 <formula>formula see original document page 3</formula>和频偏A f的表达式 <formula>formula see original document page 3</formula>求出所被测移频信号的载频频率以及频偏；b.低频频率的测量算法为以整形后的移频信号相邻上升沿为计数周期，用一个比移频信号频率高1000倍以上的标准时钟信号进行计数，连续计数若干个周期，根据各个周期计数值的大小找出低频频率的一个周期，然后求出每个低频周期中总计数值的大小，在软件或硬件实现时根据系统所用标准时钟频率建立低频频率与计数值之间的对应关系，最后采用查表的方法即可求出低频频率。
全文摘要
本发明公开的一种移频轨道电路的移频参数测量系统，包括依次连接的信号调理电路、真有效值测量电路、模数转换模块和数据处理模块，数据处理模块还和信号调理电路相连接，数据处理模块上还连接有过零点检测电路和电源管理模块，过零点检测电路还和信号调理电路相连接，电源管理模块还分别与模数转换模块、信号调理电路、真有效值测量电路、过零点检测电路相连接。应用该系统进行测量，采用多周期连续完全同步测频法与统计相结合的方法来测量载频频率和频偏，采用多周期连续计数法与查表法相结合来测量低频频率，测量精度高，算法复杂度少，保证了测量精度和实时性两者的兼顾。同时可采用单片机或CPLD或FPGA来实现，降低了系统的硬件成本。
文档编号G01R23/10GK101701981SQ20091030929
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者刘艳宏, 吴江, 徐杰, 杨媛, 樊永波, 谌冬, 高勇 申请人:西安理工大学