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基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)【圖】
摘要: 提出了以雙路TMS320F2812為核心,接收解調ZPW-2000A的FSK信號。前端通過信號調理,利用DSP內部的AD對FSK信號采樣。經過FFT變換解調出栽頻頻率、Z—FFT解調低頻頻率,以及通過DSP的SPI口。對兩路解調出的信號進行比較,若一致,則輸出。該設計采用雙機熱備,使系統(tǒng)的工作可靠性更強。結果證明,系統(tǒng)有較高的頻率分辨率和實時性。
關鍵詞: 信號調理 DSP FSK ZPW-2000A
Abstract:
Key words :
隨著軌道交通的發(fā)展,列車運行速度逐年提高,列車在行車區(qū)間的通過能力和安全運行,對整個鐵路網的高效和正常運行起著重要作用。軌道電路中發(fā)碼設備向機車提供行車指令信息,因此,接收系統(tǒng)解調的正確性與實時性,就成為保障機車安全行駛的重要因素。

國內鐵路機車行車指令主要采用移頻信號傳輸,即頻移鍵控信號(FSK),該信號具有相位連續(xù)和非線性調制等特點,實現(xiàn)實時高精度的檢測具有較大困難。傳統(tǒng)FSK信號解調采用檢周期的時域處理法,此方法主要存在頻率分辨率低、實時性差等問題,很難達到要求的解調精度。隨著數(shù)字頻率解調技術的發(fā)展和DSP的應用,為FSK信號的精確解調提供有效而可靠的途徑。

文中采用了單片DSP器件TMS32F2812,通過對軌道移頻信號解調算法的研究,使設計系統(tǒng)具有集成度高、實時性好、抗干擾能力強和可靠性高等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)的整體設計

系統(tǒng)采用了TMS32F2812處理芯片,主頻高達150MHz,時鐘周期為6.67ns。2×8的ADC轉換通道。SPI串口。兩個1kb×16 SARAM等模塊,這些模塊易于實現(xiàn)ADC的采樣、主從控制芯片的數(shù)據(jù)交換和FFT變換所需要的大容量SARAM空間。

本系統(tǒng)總體設計如圖1所示。采用雙機熱備,兩路同時對調理后的FSK信號采樣和解調,比較一致輸出,這樣可提高系統(tǒng)的可靠性。

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

2 主要技術實現(xiàn)

2.1 信號調理

信號調理主要用低通濾波器,低通濾波器的設計使用的是MicroChip濾波器設計的軟件FilterLab,該軟件只需輸入通帶頻率和濾波器的階數(shù),就可以生成相應的電路圖,省去了濾波器設計中復雜的運算。圖2所示是FilterLab軟件生成的Butterworth低通濾波器,階數(shù)為4,通帶頻率為4000Hz,圖中給出了濾波器電容電阻的建議取值。

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

2.2 信號采樣設計

由于使用了TMS320F2812的內部A/D,在實際運用中,發(fā)現(xiàn)內部的A/D采樣誤差較大,最大可達9%,這樣遠達不到采樣精度要求,需要通過軟件校正。首先選用ADC的任意兩個通道作為參考輸入通道,并分別輸入已知的直流參考電壓,通過讀取相應的結果寄存器獲取轉換值,利用兩組輸出值便可求得ADC模塊得校正增益和校正偏置,然后利用這兩個值對其他通道轉換數(shù)據(jù)進行補償。具體的補償公式如式(3)~式(6)所示

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

2.3 信號處理模塊設計

信號處理模塊主要由欠采樣、FFT變換和Rife頻率休整等部分組成,信號處理模塊的流程如圖3所示,其中搬移、濾波、抽取、FFT組成了Z—EFT。

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

在FFT變換中使用的是TI的FFT函數(shù)庫,F(xiàn)FT程序模塊化,易于大數(shù)量FFT變換的修改,且運算速度快,執(zhí)行效率高。FFT變換主要由模塊初始化和FFT計算等組成。

進過FFT變換后,頻率主瓣中存在兩個采樣點,中心頻率必定介于這兩點之間,使用Rife頻率估計法進行頻譜分析可得到精確的頻率估計值。Rife頻率估計法,就是用頻譜的絕對值的最大值G(k)進行比較,在k=[0,(N-1)/2]中求得最大值的|G(k)|,比較|G(k-1)|和|G(k+1)|大小,若|G(k-1)|<|G(k+1)|,則α=-1,否則α=1,顓譜估計值如式(9)所示,其中,fs為采樣頻率

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

3 實驗數(shù)據(jù)分析

ZPW-2000A的低頻和載頻測量數(shù)據(jù)如表1所示。

基于DSP的軌道移頻信號解調實現(xiàn)

從測量數(shù)據(jù)看,載頻頻率誤差在0.2Hz以內,低頻頻率誤差在0.02Hz以內,精度高于鐵道部的相關規(guī)定。

4 結束語

對ZPW-2000A的移頻鍵控信號解調,對載頻直接進行FFT變換,測出載頻頻率;然后進行搬移、濾波、FFT變換和Rife頻率休整,解調出低頻頻率,這樣解調出來的頻率很高,且FFT算法用的TI的算法庫,運行效率較高,實時性較強。本系統(tǒng)采用了雙機熱備,提高了設備的可靠性。

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