基于三稳态随机共振的ZPW-2000移频信号检测方法研究

针对ZPW-2000移频信号谐波干扰检测技术在抑制噪声时,不可避免损害有用信号的问题,提出三稳态随机共振系统,将部分噪声能量向移频信号能量转化,减少移频信号能量损失。首先,将移频信号的中心频率从较高频段搬移到较低频段,着重研究移频信号的有用频段。选取尺度变化系数为1 000,保证输入信号在尺度变化的过程中满足数值计算的稳定性,使尺度变换后的小参数信号满足绝热近似理论。其次,使用混沌麻雀算法(chaos sparrow search optimization algorithm, CSSOA)优化三稳态随机共振系统,得到输出信噪比(signal-to-noise ratios, SNR)最大时的系统参数a、b、c以及γ。然后,将搬移至低频区段的移频信号输入至优化后的三稳态随机共振系统,实现信号降噪。最后,对降噪信号采用复调制快速傅里叶算法(zoom fast fourier transformation, ZFFT)实现低频信号的检测。仿真结果表明:对比三稳态随机共振系统处理前后移频信号频谱图,显示频域特征增强,在降噪的同时不损害移频信号的能量;以-5 dB为步长将噪声注入至移频信号时,输出信噪比至少可提升16.54 dB;降噪后的信号通过ZFFT算法解调能够完成ZPW-2000移频信号低频信号的检测。对比经验模态分解算法、小波阈值算法等算法处理不同信噪比的含噪移频信号,验证混沌麻雀算法优化的三稳态随机共振系统输出信噪比较大,降噪效果较好,具有良好的抗干扰能力。研究结果为实现在抑制噪声的同时减少移频信号能量损失提供参考。

基于轻量化多尺度神经网络的ZPW-2000移频信号检测方法

针对ZPW-2000移频信号在不平衡牵引电流干扰时低频信号难以检测的问题,提出基于卷积注意力模块的轻量化多尺度神经网络的移频信号低频信息检测方法。首先,根据ZPW-2000移频信号的载频范围,使用不同卷积核大小的多尺度层提取相应载频调制下的移频信号特征;其次,建立线性倒残差模块实现网络轻量化,在保证网络检测准确率的同时减少网络参数,缩短网络检测时长;最后,引入卷积注意力模块,标定通道和空间特征权重,提升网络性能,通过全连接层进行分类,输出18种低频信号的概率分布。结果表明:将含有工频谐波干扰等5类噪声的移频信号输入低频检测模型中进行检测,平均准确率可达99.22%,召回率达到99.21%,综合评价指标值为0.992,检测时间不超过0.249 s。该方法检测效果更优,具有良好的抗干扰能力,可为带内噪声干扰条件下检测ZPW-2000移频信号的低频信息提供重要参考。

基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计

铁路轨道作为移频信号的传输载体,其对于信号对象传输轨迹疏密度的辨别能力,决定了轨道体系对移频信号的测量准确性;为实现对信号对象传输频率的准确辨别,设计基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统;将电源模块输出的电量信号,按需分配至STM32F103微处理器、移频信号辨别模块与DSP测量单元之中,完善各级应用部件之间的连接关系,实现铁路轨道移频信号测量系统的硬件方案设计;确定移频信号的Duffing振子描述条件,针对其定义形式,构造移频信号的相空间,完成对铁路轨道移频信号的提取;求解铁路轨道的Lyapunov指数,并构建移频信号的Duffing方程,确定混沌测量参数的取值范围,实现对铁路轨道移频信号的测量,联合各级应用部件,完成基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计;实验结果表明,上述系统测量所得信号传输轨迹疏密度与真实轨迹疏密度相似度较高,并且测量结果准确率最高值达到了84%左右,说明其能够实现对铁路轨道移频信号的准确测量。

自适应多普勒频移的二相码信号处理方法

针对二相编码脉冲压缩雷达的信号处理、航天测控系统接收机的解扩需求,在高动态大偏差多普勒频移的场景下,对载波频率搜索捕获的处理方法复杂、计算量较大、实时性较差等问题,本文提出了一种自适应多普勒频移的二相码信号处理方法,在单脉冲的脉内实时提取多普勒频移同相信号及正交信号的波形,并且生成4个片段信号,根据各信号之间固定的时序关系,去除多普勒频移对基带信号的调制,恢复原始基带信号,进而实现脉冲压缩及接收机解扩。MATLAB仿真验证了有效性和可行性。该方法实现简捷、计算量小、实时性好、硬件资源少,对现有相关信号处理领域有一定的指导意义。

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。

一种高精度移频信号解析方法

介绍一种高精度移频信号的解析方法,实现基于铁路信号集中监测系统对铁路移频信号进行信号解析和指标监测。对铁路移频信号的载频、低频和边频进行解调和计算,采用时域方法对数据进行下采样提高计算精度,频域方法 Zoom-FFT计算载频和低频,零相移滤波方法消除滤波后的信号延迟现象,将滤波后的数据进行整形,从而定位用于计算边频的数据序列,并对该数据序列进行FFT频域计算,得到边频值。这种方法可以提高计算精度。

基于干扰信号剔除的全频段音乐和弦识别方法

为避免音乐信号中干扰信号造成的影响,实现更准确的和弦识别,提出一种基于干扰信号剔除的全频段音乐和弦识别方法,对全频段音乐信号进行采集,利用自适应频移滤波器剔除音乐信号中的干扰信号后,通过傅里叶变换和音阶映射提取干扰信号的全频段音乐信号PCP(Pitch Class Profles)特征,构建和弦PCP特征模板库,并通过稀疏表示分类器表征提取的待识别的全频段音乐信号PCP特征与和弦PCP特征模板库之间的线性关系,实现全频段音乐和弦识别。通过实验验证,该方法能够实现一种较为精准的全频段音乐和弦识别,对于不同和弦识别率均较高,均能保证在95%以上,且平均识别时间较短,能够保证在3ms之内。

频域内插算法的铁路移频键控信号分析及仿真

移频键控信号具有载频和调制频率都不唯一的多频特性,在傅氏变换后有频谱泄露的问题.讨论了产生频谱泄漏的本质原因.采用频域内插算法求出真实频率和其相邻离散频点的插值,利用此插值恢复出信号的真实频率,结合移频键控信号的频域特性,检测其参数特征值.仿真结果表明:文中方法能够检测出国产18信息移频键控信号和UM-71移频键控信号的载频和低频调制频率,载频误差在0.2Hz以内,低频调制频率误差在0.03Hz以内.

铁路移频键控信号的高精度检测

移频键控信号的载频和低频调制频率具有多样性和频率值跨度较大等特点,但存在频谱泄露的问题.为了很好的获得较高精度的采样频谱值,利用欠采样技术对移频键控信号采样,频率分辨率相同的情况下,大大缩小了采样点数N,减小了快速傅里叶变换的运行时间,提高了信号处理的实时性.通过加汉宁窗,能够使旁瓣互相抵消,消除一定的高频干扰和漏能,在加汉宁窗的基础上进行校正还原,得到高精度的轨道移频信号参数.仿真结果表明:此方法能够检测出国产18信息移频键控信号和UM-71移频键控信号的载频、低频和幅值,载频误差在0.02Hz之内,低频误差在0.003Hz之内,幅值误差在0.1%之内.在欠采样的基础上,采用窗函数频谱校正方法能够较高精度地检测出轨道移频信号.

铁路车载移频键控机车信号检测系统的实现

车载信号的检测是保证列车安全运行的重要手段之一。在具体分析国内车载FSK信号的特点及其存在的主要干扰之后,针对车载FSK信号干扰严重的实际情况,选用了混频滤波法对信号进行低频调制波的解调,并在硬件上采用DSP芯片TMS320VC5402和单片机89C52相结合的主从式结构成功实现对车载FSK信号的检测.

移频键控信号测量系统误差分析与补偿

为了提高轨道电路移频键控信号(FSK)的测量精度,给出了一种基于FPGA+ARM处理器的移频键控信号测量与误差补偿方法。该方法在FPGA中利用量化时钟实时测量载波信号的周期,并将测量数据经过缓存后传输给ARM处理器。ARM处理器对测量的载波信号周期数据及产生测量误差的主要原因进行分析,并对载频信号上、下边频切换时产生的畸变数据和时间间隔测量误差进行补偿。经试验测试表明,该系统能够准确地测量低频调制和高频载波信号频率,具有较好的抗扰能力,能够满足一般工业现场测试速率和精度的要求。

移频键控信号测量系统设计

为了提高铁路机车中移频键控信号的测量精度,给出了一种利用FPGA和ARM处理器测量频率的方法。该方法在FPGA中利用量化时钟实时测量一组FSK信号周期长度,并将测量数据存储在FPGA内部设计的双口RAM中。FPGA通过设计的串口模块将测量数据送给ARM处理器,ARM处理器对产生测量误差的主要原因进行分析,并对上、下边频切换时产生的畸变数据进行处理,给出了时间间隔测量误差的分析和补偿方法。实验表明,该系统具有较好的抗扰动能力,能够满足一般工业现场测试速率和精度的要求。

基于DCT的轨道移频信号压缩与重构方法

针对基于DCT变换对以轨道电路为传输媒介的轨道移频信号(FSK信号)进行采样压缩与重构的方法进行研究。根据移频信号频带特点保留对应频带数据,对频域系数进行压缩采样,采用DCT算法压缩信号,解码端应用重采样与DCT反变换还原信号,应用ZFFT算法对重构的轨道移频信号进行频率检测。MATLAB仿真实验结果表明:该方法压缩效率高,更节省压缩计算与存储空间,频谱分辨率高,重构误差小。

一种最小频移键控信号中心频率的盲估计算法

笔者提出了一种基于相位微分的MSK信号中心频率盲估计算法。该算法具有计算量较低、对先验知识要求较少等优点,是在没有任何先验信息的条件下对采样所得数据进行相位展开,从而得到采样信号的连续相位,通过对得到的相位进行微分处理获得两个载波频率,再通过获取的大量瞬时频率平均得到两个载波频率的平均值,对求得的两个平均载波频率进行平均得到信号的中心频率。

基于频移键控信号的车地无线通信质量检测方法研究

车地通信系统的通信质量直接影响线路的正常运营。提出了基于频移键控信号的车地通信质量定量检测方法,通过对频移键控信号的解析运算,对比分析电压幅值、波形失真及误码率等参数,判定轨旁车地通信的通信质量。上海轨道交通2号线的实测结果表明:该检测方法能检测在连续发送模式下的列车精准停车定位单向通信质量,并对故障点进行告警,实现了车地通信质量技术指标的定量分析,提高了故障处理的准确性和检测效率。

基于循环谱特征的全频段音乐信号抗干扰研究

为解决传统音乐信号抗干扰方法存在的干扰信号滤除效率低、信号捕获率低问题,提出基于循环谱特征分析的全频段连续音乐信号抗干扰方法。利用聚类算法提取干扰信号特征,搭建含干扰全频段连续音乐信号接收模型,并分析其循环谱特征。通过自适应频移滤波器滤除干扰信号,实现全频段连续音乐信号的抗干扰。实验结果显示,相较于传统方法,提出的全频段连续音乐信号抗干扰方法提升了干扰信号滤除效率与连续音乐信号捕获率,充分说明提出的全频段连续音乐信号抗干扰方法具备更好的抗干扰效果。

一种提取频移键控信号的独立分量分析算法

针对传统自然梯度ICA算法对移频轨道电路FSK信号提取的不稳定和精确度受限问题,提出一种基于白化的变步长自然梯度ICA算法。仿真实验表明,相比于传统的自然梯度ICA算法,基于白化的变步长自然梯度ICA算法的串音误差曲线更平稳,稳态误差值更小,对FSK信号的检测和提取具有更稳定、准确的消噪性能。

基于LabVIEW平台的铁路键控移频信号的解调实现

铁路轨道电路信号是相位连续的键控移频信号,传递自动闭塞区间列车轨道占用信息,实现机车和地面设备间的通信。研究轨道电路信号参数的测试,实现信号的高精度解调势在必行。利用LabVIEW编程语言,结合EMD算法完成信号解调的软件设计。经过Matlab数据仿真表明,软件满足了键控移频信号的高精度解调和信号检测的需要。

基于2FSK国产ZPW-2000A铁路移频信号产生设计

国产ZPW-2000A型无绝缘轨道电路解决了调谐区断轨检查,减少调谐区分路死区等缺点被广泛使用于当代铁路运输。该文利用FPGA设计数字电路灵活性高、逻辑功能强等特点,介绍国产ZPW-2000A型移频信号产生机理,阐述直接数字频率合成DDS函数信号发生器的设计流程以及产生波形的原理,基于FPGA设计DDS模块,实现国产ZPW-2000A移频信号发生器的功能。设计结果证明,FPGA实现设计国产ZPW-2000A移频信号发生器具有系统性能稳定、频率可调、可靠性高、相位连续等特点,为铁路运输提供理论和实际应用。

中低轨卫星信号的多普勒频移估计与补偿

针对中低轨卫星信号的多普勒频移具有大范围快速时变的问题,基于航天动力学理论,计算出卫星和接收平台间的相对位置和速度,从而可预先估计卫星信号的多普勒频移。对频移估计的误差进行了分析,给出了一种多普勒频移的快速估计和实时补偿算法,同时也对卫星的可视时间段分情况进行讨论。计算机仿真和工程实践表明,该算法简单、实用,有利于对快变大频偏的卫星信号进行快速跟踪和解调。