Digital Demodulation Algorithm for Multi-Tone FM Signal in New Type Track Circuit

The multi-tone frequency modulation （FM） signal transferred through track circuit in automatic train control （ATC） system is analyzed. A digital filter with ideal sloping shape in frequency domain is designed for frequency discrimination. With this filter, the FM signal is converted into AM-FM signal by frequency-to-amplitude conversion. The modulating signal is finally extracted from the envelope of the AM-FM signal. Simulations show that the digital demodulation method could accurately recover the modulating signal in low signal noise ratio （SNR） circumstance, and has good performance in suppressing interference of harmonies of traction current frequency. The feasibility of the proposed method is proved in a hardware system based on SHARC DSP.

基于DCS-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统研究

为了有效调控机械臂运动幅度,避免柔性机械臂实际运动轨迹与目标轨迹发生较大的偏差,设计一种基于分散控制系统(DCS)-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统,它是一个集合了计算机、通信、显示和控制的计算机系统,该系统由过程控制和过程监控。通过DCS算法控制监测对象行为幅度并计算柔性机械臂惯性权重,利用DCS-惯性权重组合求解素数控制指标的具体数值,实现了对柔性机械臂运动轨迹控制系统的软件设计。实验结果表明,DCS-惯性权重组合算法作用下的机械臂末端坐标在横轴、纵轴、空间轴方向上的运动幅值均可以被控制在10个单位长度之内,并且在0.52 s内进入机械臂运动轨迹最佳控制状态,运动轨迹差值最大仅为0.01 rad,验证了该系统具备可行性和有效性。

检修接地不平衡传输条件对轨道电路的影响研究

为分析在接触网检修接地时,由单根轨条和回流线短接产生的不平衡条件对25 Hz相敏轨道电路的影响,在六端网络的基础上建立轨道电路不平衡传输模型,通过仿真计算和对比,得到在不平衡传输条件下,信号接收端轨面电压的衰减和扼流变压器上不平衡牵引电流,随道床泄漏导纳、单轨条接地位置、吸上与横向连接设置变化的关系,并利用实验数据和现象验证计算结果。结合实际案例中检修接地的不平衡传输条件导致轨道电路“红光带”问题,给出其产生原因,并验证上述理论。给出减少不平衡传输条件对轨道电路造成影响的方法,尽可能避免该类型“红光带”问题的出现。

用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)

在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。

基于智能优化深度网络的轨道电路故障诊断研究

针对无绝缘轨道电路故障的随机性和复杂性,采用单一诊断模型存在提取特征片面,且模型结构经验设计不合理的问题,提出一种智能优化深度网络的故障诊断方法。首先以轨道电路信号集中监测系统的6个电压检测量建立故障特征集,使用卷积神经网络(CNN)提取特征空间信息,长短期记忆网络(LSTM)提取时间特征信息,从而让轨道电路故障诊断所提取的特征兼具时空信息;同时,引入遗传算法(GA)优化上述深度神经网络的结构及参数,并结合强化学习中的Q-learning方法对两个组合网络特征级的输出权重进一步优化;最后,使用多层感知器(MLP)对深度网络的分类误差进行拟合修正,提高模型对轨道电路的故障诊断精度。仿真结果表明,利用智能优化的深度网络模型对轨道电路的故障诊断相较于单一模型、精炼设计的组合模型识别率可达99.28%,评价指标等均有所提升,具有更高的故障诊断准确度,证明了智能优化深度网络能进一步提高轨道电路的故障诊断性能。

基于谱聚类的轨道电路故障文本主题聚类研究

轨道电路故障日志是现场日常运维工作中的重要数据记录。针对轨道电路故障日志在现场工作中未能充分挖掘利用且人工分析效率较低的问题,提出基于谱聚类算法的轨道电路故障文本主题聚类挖掘分析方法。首先,分析轨道电路故障文本数据特征并进行文本预处理,采用Word2vec模型训练获取字符级特征向量,实现在语义空间上的轨道电路故障文本数据特征表示;然后,依据Laplacian矩阵的图谱聚类特性,将高维故障文本特征数据聚类转换为谱图切分问题,分别对电务、工务及供电故障因素文本数据求解规范化后Laplacian矩阵的特征向量,并构建低维故障文本特征矩阵,再通过K-Means聚类算法实现3种故障因素文本数据集下故障文本主题聚类分析,获取电务、工务及供电故障因素文本数据中蕴含的轨道电路故障主题类型及频率信息,并基于t分布随机邻域嵌入算法实现聚类结果的可视化分析;最后,采用不同聚类模型在3种故障因素文本数据集上进行对比实验。实验结果表明:基于谱聚类算法的聚类模型在保证故障文本聚类准确率的情况下,其收敛性能更优;聚类可视化分析结果验证了获取的不同故障主题类别具有较高的语义区分度。通过该方法对轨道电路故障文本数据进行自动化聚类挖掘及统计分析,可为现场轨道电路综合维修及故障预防提供辅助支持。

ZPW-2000移频信号检测实验仪的设计与实现

依据周期测频法设计了以FPGA为核心器件的ZPW-2000移频信号检测实验仪。该实验仪采用8个计数器实现移频信息的检测,其中,边频检测采用2个计数器分别检测计数信号上下跳沿,通过选择2组计数值中较大值,使计数误差降低至0-1个计数信号周期,在200 MHz计数信号下,边频检测误差可控制在0.07 Hz以内;低频检测采用6个异步计数器,分别实现移频信号中低频成分的获取及低频频率的检测计算,低频频率计数器通过设置前N个状态进行低频计数,第N+1个状态进行计数值锁存分析的方式,有效降低了低频获取引起的误差。分析发现,当N≥10时,最大误差可降至0.029 Hz以下。实验仪实测证明,边频、低频检测误差均能满足铁道标准TB/T 3532—2018中移频信号上下边频误差±0.15 Hz、低频误差±0.03 Hz的要求;检测实验仪能准确解算出基于FPGA的ZPW-2000移频信号发码实验仪移频信息,解决了ZPW-2000系列轨道电路移频信号教学及实验任务必须采用铁路专用设备的限制,结合发码实验仪可为学生更直观地展示轨道电路发码与检测过程,使学生更加深入地了解移频轨道的电路原理。

25 Hz相敏轨道电路与ZPW-2000A结合处的逻辑检查故障分析

25 Hz相敏轨道电路与ZPW-2000A轨道电路特性不同,但在自动闭塞及站内电码化改造过程中两种制式轨道电路常结合应用。不同的特性会导致结合处的逻辑检查失效。针对场联进路无法正常解锁、三接近闭塞分区遗留失去分路故障进行分析,介绍故障发生的场景及原因,并讨论计算机联锁、列控中心、区间综合监控系统以及继电逻辑检查电路对于此类故障的解决方案,为后续工程设计及故障处理提供参考。

包络线跟踪电源多电感选择开关电路设计

包络线跟踪(ET)技术可以大幅降低高峰均比射频(RF)线性功放的能耗。针对包络线跟踪电源(ETPS)中开关变换器开关频率高、拟合精度较低的问题,提出了多电感选择开关电路结构,用不同的电感对RF信号的包络上升周期进行拟合跟踪,在保证拟合精度的情况下,开关频率低于信号带宽。此处建立了多电感开关变换器损耗模型,并对电感配比的方法和不同电感配比的开关变换器损耗以及跟踪精度进行了详细讨论。最后,以5MHz带宽、10.07dB峰均功率比的正交频分复用(OFDM)调制测试信号为例,搭建了多电感选择ETPS原理样机,输出电压为8.3~22.4V,实验结果验证了该架构和方法的可行性。

基于门级信息流追踪技术的逻辑混淆攻击方法

逻辑混淆技术是一种实现知识产权保护、防止逆向工程的主流技术手段。提出了基于门级信息流追踪技术的逻辑混淆攻击方法,采用门级抽象层次上的信息流分析方法,建立信息流模型,对输出及其污染标签进行约束,使用SAT求解器求解满足约束条件的混淆密钥序列。实验结果表明该攻击方法对5种混淆加密算法、2种面积开销生成的测试基准有很好的破解效果和效率。

关于高速铁路一体化轨道电路股道安全提升的探讨

目前国内高速铁路站内普遍采用与区间同制式的ZPW-2000型一体化轨道电路,部分车站股道采用一段轨道电路构成。当车站办理接车后,股道的轨道电路发送端将迎着列车进行发码为列车提供地面信息。如果列车在本站停稳并进行折返换端,当出站信号未开放时,列车将可能错误收到临线轨道电路发送的信息,造成列车错误发车从而引发安全问题。提出新增外部继电电路方法,通过电路逻辑判断出列车进/出股道的时机,给出具体的列车尾部补码措施,从而满足列车进入股道后即可实现双端发码以解决问题。此方案仅在室内增加少量继电器,无室外工程量、无需更改列控软件,且可针对车站个别股道单独改造,改造过程易实施、对运输影响极小。可为高速铁路站内股道采用一体化轨道电路安全防护提升的解决思路提供参考。

基于BFOA-PSO-GMM的轨道电路故障诊断研究

针对轨道电路系统庞大、故障种类繁多等问题,提出一种融合细菌觅食优化算法和粒子群优化算法的高斯混合模型,对轨道电路的多种故障类型进行诊断。该模型通过融合细菌觅食优化算法与粒子群优化算法,找寻适合EM算法的初始值,利用合适的初始值有效避免EM算法陷入局部最优,提高模型的故障诊断能力。通过对实测数据的训练和测试实验表明,本模型比传统高斯混合模型的故障诊断准确率提高了31.85%,比采用粒子群优化算法改进模型的故障诊断准确率提高了9.4%,即本模型对轨道电路的故障诊断更加有效。

基于协同优化策略和人工蜂群算法的轨道电路邻线干扰防护研究

高速铁路车站运营场景复杂,易引发轨道电路邻线干扰,造成信号误解码和误显示,影响列车安全高效运行。基于空间耦合和传导耦合原理,根据高速铁路轨道电路特点和结构,分别建立传输线路阻抗平衡和不平衡条件下的复杂场景邻线干扰计算模型;考虑机车动态运行条件,完成最不利情况下邻线干扰量值的定量计算,并利用ANSYS平台完成计算结果的有限元仿真验证;针对邻线干扰还受到发送电平等级、补偿电容数量和容值、线路并行长度、道床电阻、分路电阻、线路间距等参数叠加和相互制约的影响,采用人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)智能算法,提出基于多参数协同优化策略的邻线干扰防护对策,给出各参数相应最优取值及其对信干比(Signal-to-Interference Ratio,SIR)影响重要度。结果表明:邻线干扰量值超过车载机车信号灵敏度将导致解码错误;应用提出的防护对策对现场邻线干扰工程案例中线路并行长度和发送电平等参数进行优化,SIR可提升14.6 dB。研究结论可用于高速铁路轨道电路配置及优化实践,为防护邻线干扰提供工程参考和分析验证。

集中式25周相敏轨道电路监测诊断技术研究

集中式25周相敏轨道电路是在既有25周技术基础上的升级迭代产品,具有系统结构简单、集成化程度高、调整维护方便的特点。通过对各设备端口参数的采集,将电力载波传至室内搭建统一的数据运算平台,实现设备的监测及故障诊断,提高设备应用的信息化及智能化,提升铁路运输效率。

全电子执行单元冗余供电研究

针对高原铁路全电子执行单元系统供电问题,该文提出2种高可靠性的供电方案。第一种方案是在电源屏上新增一路直流转换模块,为执行单元提供独立的额外供电,即直流双路直供方案。第二种方案是在保持电源屏供电方式不变的基础上,将执行机柜的单断路器升级为双断路器,通过2台执行机柜的互环连接,实现用电的冗余,即执行机柜互环供电方案。这2种方案的目标都是提升全电子执行单元用电的可靠性和稳定性。综合比较,执行机柜互环供电方案在高原铁路执行单元电源改造中更加具备可行性。该文的研究对高原铁路全线全电子执行单元供电方式的改造具有指导意义。

海外套轨铁路列车轴距检查及其信号工程设计

海外铁路存在站内套轨股道向单一轨距区间发车的情况,信号工程设计应避免列车由套轨线路运行至轨距不符的单轨距线路而引发掉道事故。信号系统轨旁设备可设置套轨无岔区段双送双受轨道电路,该设备为联锁系统提供占用列车的轴距信息。联锁系统根据轴距占用信息和特殊联锁表逻辑实现进路控制,以提高车辆运营的安全性。该文从工程设计角度介绍相关方案的选定与信号工程设计情况。

一种开关磁阻风力发电机新型功率变换系统及其最大功率点跟踪控制

本文提出一种含可变励磁电压且所用开关管数量最少的新型开关磁阻发电机(SRG)功率变换器,包括主电路与励磁电路,主电路所需主开关管数量等于SRG相绕组数,励磁电路仅需一只主开关管。励磁电压与发电电压解耦并可独立控制,励磁电路无隔离环节并与主电路共地。在分析该新型功率变换器工作原理的基础上,针对变速风力发电应用工况,提出基于该新型功率变换器的SRG最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,给出励磁电压扰动控制策略。通过对一台750W的SRG样机系统进行仿真和实验,并与基于共上管功率变换器的SRG风电MPPT进行比较,结果表明本文所述新型SRG功率变换器的输出功率增加1.5%,验证了该新型功率变换器及其控制策略的有效性。

公跨营运高铁立交桥异物侵限监测系统重难点分析

依托于国道234线郑州境内国道310以南段(荥阳乔楼至崔庙段)改建工程上跨郑西高铁立交工程,主要对干线公路上跨营运高铁立交工程的异物侵限监测系统设计的重难点进行分析,并提出解决措施,该工程为郑州局管辖范围内首次上跨运营高铁立交桥的异物侵限监测系统设计,可以为今后河南乃至全国同类工程设计及施工提供借鉴经验。

信号集中监测系统中轨道电路报警的优化及应用

在信号集中监测系统中,优化轨道电路报警功能,首先需要构建完善的监测系统,配置故障检测技术,同时新增报警功能,改善信号采集方式。其次,需处理好电缆不良、小轨出电压偏低、电流超标、电压下降等问题。文中简单分析了信号集中监测系统中的轨道电路报警优化及其应用,希望能为轨道安全管理工作提供借鉴。

车载轨道电路信息接收单元便携式测试装置的设计

为完善列控车载设备关键部件之一轨道电路信息接收单元的测试项目,提高作业效率,设计了一款可以测试轨道电路信息接收单元相关性能指标的装置。该装置由车载和轨旁两部分设备组成,通过循环发送轨道电路信息,由各模块采集DMI图像和感应接收线圈电压、阻抗等参数,以无线通信方式传送给检测主机进行处理,最终实现对轨道电路信息接收单元解码灵敏度、解码时间和感应电压值等指标的测试。该测试装置具有便于携带、兼容性强、自动检测等特点,能够满足现场维护人员在列控车载设备二级修、高级修、故障处置等场景下的作业需求,可以有效提高列控车载设备的运用质量和作业效率。