摘 要 强干扰、小信号的检测，是实现铁路信号可靠工作的重要研究领域。采用滤波加频谱分析的方法，可以克服时域检测无法克服的缺点，通过计算机仿真，可以看出干扰大于信号时，这种检测方法，仍能很好地完成信号的检测。
关键词 强干扰 小信号 检测 仿真
轨道电路是自动闭塞的基础，其可靠性直接影响行车安全、列车通过能力和铁路运输效率。目前国内外铁路信号的自动闭塞、机车信号和列车控制系统的大部分都是由轨道电路作为基础。轨道电路由检测列车是否占用区间，发展到向车载列车控制系统传输大量的信息。
为了保证列车运行的安全，保证轨道电路向区间信号，车载控制系统传输正确、可靠的信息，就需要研究强干扰、小信号的检测方法。
1 待检测的小信号的属性分析
设键控移频方波信号f(t)的频率为f1，周期为T，时间表达式为：
(1)
频率为f0的载频信号经f(t)调制后，载频信号的频率偏移量Δf为：
(2)
式中k—系数，代表移频器的灵敏度，单位为Hz/V。移频信号的频率瞬时频率为：
(3)
其瞬时相位θ(t)是一个以f1为频率的周期信号，故可用傅里叶级数来表示，上式中的Cn为傅里叶系数，经一系列的数学推导，得到移频信号的傅里叶级数的数学模型为：
(4)
m定义为移频指数：
(5)
由此可得频谱的相对幅度为：
载频分量的相对幅度为：；
奇次边频分量的相对幅度为：；
偶次边频分量的相对幅度为：。
由此可得，移频信号经过一系列的数学运算，其频谱发生了频变，使原来发送的上边频和下边频频率不存在了，而取而代之的是出现了一个新的频率成份—中心频率，且其中心频率和调制频率可由频谱分析的方法进行测量，因此可采用快速傅里叶变换的方法，实现频率的测量。
2 强干扰条件下的小信号检测方法
根据移频信号的发送原理，按照［2］中给出的方法，采用了636.574 Hz的采样频率，完成了中心频率550 Hz、调制频率为26 Hz时的频谱图，以及中心频率2 600 Hz、调制频率为10.3 Hz时的1024点FFT变换，计算出了它的功率谱图。由于频谱的泄漏现象，使本来应以中心频率对称的频谱(它的峰值也应对称)，出现了大小不等的峰值，但频谱的位置还是对称的，而计算频率值是以位置来计算的，所以峰的不对称，不影响频率的检测精度。
根据选择的采样频率，其频率分辩率为：
fa=636.574/1024=0.6217
(6)
2.1 无干扰情况下的小信号检测
中心频率为550 Hz、调制频率为26 Hz，根据［2］中的方法，可得中心频率应位于：
1024-550/fa=139
从频谱中也可看到中心频率的位置为139，这与理论计算相符。由频谱的计算得移频信号的中心频率和调制频率分别为550.164和25.488，由于频率分辨率仅有0.6217，所以仿真结果和理论分析一致。
图1 中心频率为550Hz、调制频率为26Hz的频谱
图2 中心频率为2 600Hz、调制频率为10.3Hz
图3 中心频率为550Hz、调制频率为26Hz的频谱
图4 中心频率为2600Hz、调制频率为10.3Hz
从频谱中也可看到中心频率的位置为86，这与理论计算相符。由频谱的位置计算得到移频信号的中心频率和调制频率分别为2599.759和9.946，由于频率分辩率仅有0.6217，所以仿真结果和理论分析一致。 3 结束语 3.1 在深入探讨和分析轨道电路移频信号频谱特点的基础上，考虑到电气化铁路不平衡电流的交流干扰和提高铁路的列车速度，以及轨道电路工作环境恶劣、信号变化大等特点，通过分析FFT和带通信号的特点及实际FFT频谱图随采样频率变化，提出采样频率确定方法，对移频轨道电路中的小信号进行计算机仿真。 本项目得到了铁道部科技基金和北方交大科技基金资助。 魏学业 北方交大通信与控制工程系副教授 100044 北京市 4 参考文献 1 杨福生，戴先中.带通信号采样定理.信号处理，1986，1(2)：58～61 |
