CN2601484Y - 数字编码轨道电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是基于UM71无绝缘轨道电路的多信息发送和接收装置，包括室内设备、室外设备、分隔为闭塞分区的钢轨段和机车接收装置，在每个闭塞分区上均有一套发送装置和接收装置。所构成的完整的信息传输系统采用数字编码和模拟调频方式进行传送，响应时间小于2.5秒，应用于200km/h以上的高速铁路。充分利用原有轨道电路的传输通道，载频采用现有的1700、2000、2300、2600Hz，发送装置直接与室内的功率放大器连接，无需改变室外装置。通过修改软件和接收端抗混叠滤波器，可以适用于载频2040、2760、2400、3120Hz，并可移植到国内移频自动闭塞(载频为550、650、750、850Hz)。

Description

数字编码轨道电路装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于铁路信号的轨道电路装置，特别是一种基于无绝缘轨道电路的多信息(32位)发送和接收装置，它采用数字编码和模拟调频方式进行传送，满足高速铁路对地面信息量的要求。

背景技术

轨道电路是列车控制系统的重要组成部分，地面除显示速度信号外，发送装置还向机车提供辅助速度信息。目前，国内主要采用的无绝缘轨道电路制式为UM71，由室内和室外装置构成，发送和接收装置集中设置在机械室，调谐单元、匹配变压器、空心线圈等安装在现场。信息传输采用频移键控(FSK)方式，载频包括1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz四种，频偏为±11Hz，18种低频调制频率代表信息，从10.3Hz按1.1Hz等差数列递增至29Hz。2001年，北京铁路信号工厂基本实现了UM71全套系统的国产化。

法国TVM430系统应用于高速铁路，地面向车上传输信息利用UM71轨道电路传送数字编码信息，调制方式采用调频(FM)方式，调制信号由28个低频组成，其中27个对应27bit信息码，还有一个表示轨道电路占用信息。

高速铁路取消地面信号，要求轨道电路向机车提供较多的信息，并作为速度控制的依据。目前国内外轨道电路远不能满足这一要求，在本领域的研究还没有成熟方案和系统实现。

发明内容

本实用新型要解决的主要技术问题是：设计一种新型的取消地面信号的数字编码轨道电路装置，在国内既有的UM71轨道电路基础上，实现同时可靠传输32位以上信息，接收器响应时间不大于2.5秒，满足高速铁路对地面信息量的需求，克服目前轨道电路信息量不足的缺陷。

本实用新型包括室内设备、室外设备、分隔为闭塞分区的钢轨段和机车接收装置。在每个闭塞分区上均有一套发送装置和接收装置，发送装置和接收装置组成室内设备，设置在机械室中。发送和接收装置经电缆与室外设备相连接，再经导线接至钢轨，构成完整的信息传输系统。发送装置采用双重系统，包括中央处理器CPUI、CPUII、数模及模数转换电路、预放大调节电路。输入接口读入外部编码开关量信息；由CPU I完成编码和发送；预放大调节电路对输出信号进行放大调整；CPUII对输出信息进行校核后控制开关继电器；经功率放大后，由电缆传输到室外设备。接收装置分为地面和机车接收装置，结构相同。包括输入接口、中央处理器、抗混叠滤波器和模数转换电路。输入接口读入经钢轨传输的信息后，由抗混叠滤波器完成对输入信号的限带，经模数转换后由中央处理器完成信息处理和判别，传输至输出接口。

本实用新型的有益效果是：轨道电路信息量扩展至32位，响应时间约2秒；充分利用原有UM71无绝缘轨道电路的传输通道，不需要改变室内的功率放大和室外的调谐单元、匹配变压器、空心线圈等装置。载频采用现有的1700、2000、2300、2600Hz，通过修改软件和接收端抗混叠滤波器，可以适用于2040、2760、2400、3120Hz，并可移植到移频的550、650、750、850Hz。

附图说明

图1是本实用新型的构成原理示意简图。

图2是图1中发送装置2的电路原理框图。

图3是图1中接收装置3的电路原理框图。

具体实施方式

本实用新型采用的技术方案是：根据通道带宽要求，选择31个低频作为信息码，附加1个轨道电路特征位；采用模拟多音(多频率)信号的频率调制(FM)方式；采用软件方法来生成调制信号、并进行频率合成，利用查表和线性插值算法实现调制信号的生成和调频；对各低频信号进行相位优化，克服初相位均为0时造成的调制信号动态范围过大、出现尖峰的现象；接收器利用数字信号处理器(DSP)，采用数字鉴频方式、频谱相位差校正和ZFFT等技术对接收信号进行处理；通过检查轨道电路特征位和多次判决来保证译码的正确。

由图1可看出，数字轨道电路系统由室内设备1、室外设备4、分为闭塞分区的钢轨6和机车接收装置5构成。室内设备1包括发送装置2和接收装置3，集中设置在机械室内。室外设备4安装在室外现场，由调谐单元、匹配变压器、空心线圈等组成，室外设备的构成均为现有技术，本说明书不再赘述。调谐单元构成谐振电路，将钢轨6分隔为相互独立的闭塞分区。在图1中，室内的发送装置2和接收装置3经电缆7与室外设备4连接，再经导线8接至钢轨6，构成完整的信息传输系统。每个闭塞分区均有一套发送和接收装置。当分区内有机车时，地面信息由机车接收装置5的机车感应器接收。地面和机车接收装置原理及结构相同。

在图2中，采用双重系统，中央处理器CPUI10、CPUII11为DSP芯片，输入接口9将外部编码开关量信息读入，由CPUI10完成编码和发送，输出至数模转换器DAC12，预放大调节电路14采用运算放大器电路，对输出信号进行放大并调整电压大小，最后经功放电路16发送。模数转换器ADC13实时采集CPUI10的输出，由CPUII11对输出信息进行校核，当与输入信息不一致时，切断开关15，停止输出，满足故障导向安全的原则。在本实施例中，所使用的开关15为继电器。

在图3中，输入接口17为隔离变压器，抗混叠滤波器18为截频为3000Hz的低通滤波器，完成对钢轨输入信号的限带，经模数转换器ADC19模数转换后由CPU20完成信息处理和判别，输送至输出接口21，为列车控制系统提供信息。CPU20亦为DSP芯片。在本实施例中，通信CPU采用AT89C52单片机，用于接收器向列车控制系统传送数据，通信速率为28.8kbps。

本实用新型CPU采用的是数字信号处理器TMS320C32，ADC采用12位芯片ADS7806，DAC采用16位芯片AD669。在具体的电路中，元件的使用可根据本实用新型电路原理作不同更换。附图中RAM、CPLD、FLASH分别是静态存储器、可编程逻辑器件和程序存储器。

基于传输通道的带宽为±40Hz，确定信息码为32位，其中，有效信息25位，纠错编码6位，轨道电路特征码1位，差错控制编码采用(31，25)纠突发错误码。低频频率从0.64Hz以0.88Hz按等差数列递增至27.92Hz。根据需要，低频可适当向上扩展。

确定每个低频信号的初始相位，使合成后的信号幅度尽可能均匀，从而减小调制后信号的频偏。

发送信号的生成和接收装置的译码采用软件方式实现，便于修改频率参数和扩展信息量，对于4个载频可采用同样的硬件。要求载频和低频的相对误差不大于±3‰。

接收装置采用数字鉴频解调，采样频率为16384Hz，采样时间为2秒，采用Hanning窗进行频谱处理，并采用ZFFT来细化频谱，分辨率0.015625Hz，每次处理时间约0.1秒，处理3次后输出一次结果，保证机车接收器应变时间不大于2.5秒。

Claims (5)

1、一种数字编码轨道电路装置，包括室内设备、室外设备、分隔为闭塞分区的钢轨段和机车接收装置，在每个闭塞分区上均有一套发送装置和接收装置，发送装置和接收装置组成室内设备，发送和接收装置经电缆与室外设备相连接，再经导线接至钢轨，构成完整的信息传输系统，其特征在于：

a、发送装置采用双重系统，包括中央处理器CPUI、CPUII、数模及模数转换电路、预放大调节电路；输入接口读入外部编码开关量信息，由CPUI完成编码和发送，预放大调节电路对输出信号进行放大调整，CPUII对输出信息进行校核后控制开关，输至功放电路，再由电缆传输到室外设备；

b、接收装置分为地面和机车接收装置，结构相同，包括输入接口、中央处理器、抗混叠滤波器和模数转换电路；输入接口读入的信息由抗混叠滤波器完成对输入信号的限带，经模数转换后由中央处理器完成信息处理和判别，结果输送至输出接口。

2、根据权利要求1所述的数字编码轨道电路装置，其特征在于，发送装置中的预放大调节电路采用运算放大器电路。

3、根据权利要求1所述的数字编码轨道电路装置，其特征在于，发送装置中的开关为继电器。

4、根据权利要求1所述的数字编码轨道电路装置，其特征在于，接收装置中的输入接口为隔离变压器。

5、根据权利要求1所述的数字编码轨道电路装置，其特征在于，接收装置中的抗混叠滤波器为低通滤波器。

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