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有源应答器监测设备FSK信号译码的研究与仿真

作　者: 赵晔
导　师: 郭进
学　校: 西南交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 有源应答器监测 FSK 混沌振子
分类号: U284
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,我国铁路的发展非常迅速。在客运专线、高速铁路的建设中,应答器得到了十分广泛的应用。应答器主要以报文形式向列车发送前方线路的路况信息,列车收到报文后进行解析,并且根据前方路况信息形成合理的速度曲线,保证行车安全。应答器在列车高速运行、保证行车安全等方面起到了非常关键的作用。然而由于列控中心至地面电子单元,以及地面电子单元传送报文至有源应答器这一工作通道处于开环状态,至2007年既有线提速以来,既有线CTCS一2级列控系统LEU至有源应答器这一环节发生多起故障,严重影响了运营的安全和效率。因此,研制符合中国铁路现状的有源应答器监测设备,实现对LEL至有源应答器这一环节的实时监控,是目前我们急需解决的问题。本文深入研究了应答器系统中地面设备及车载设备的结构、功能和工作原理,并对近几年应答器系统所出现的故障及问题进行了分析总结。详细阐述了有源应答器监测设备的构成和原理,对设备本身存在的问题进行了详尽的分析,提出了解决问题的方法。通过对应答器报文结构和传输数据的分析,以及对车地通信时应答器发送的2FSK信号的参数指标进行了分析总结,根据以被证明的Duffing振子理论,提出了适用于应答器传输系统中FSK信号的频率,幅值等指标的检测方法,建立了数学模型,实现了有源应答器监测设备报文读取装置的仿真。通过多次实验验证了该方法的正确性和可用性。最后,分析了噪声对信号检测仿真系统的影响;通过将该仿真系统的误码率与传统的相干,非相干检测系统的指标理论值进行对比,再次证明了该方法的优越性。次仿真系统为应答器监测设备的实现提供了新的思路。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究意义  13-14
  1.3 现状分析  14-17
  1.4 论文主要内容  17-19
第2章应答器系统功能及报文结构简介  19-35
  2.1 应答器系统  19-21
  2.2 用户报文定义及结构分析  21-23
    2.2.1 用户报文相关定义  21-22
    2.2.2 用户报文结构介绍  22-23
  2.3 应答器用户数据包  23-34
  2.4 应答器信息包的构成  34-35
第3章 DUFFING混沌振子弱信号检测方法的原理  35-46
  3.1 混沌基本理论及特点  35-38
    3.1.1 混沌基本理论  35-37
      3.1.1.1 动力学理论简介  35-36
      3.1.1.2 吸引子  36
      3.1.1.3 混沌含义的解释  36-37
    3.1.2 混沌基本特征  37-38
  3.2 由DUFFING-HOLMES方程所构成的混沌振子系统  38-39
  3.3 混沌振子检测微弱正弦信号的原理  39-43
    3.3.1 正弦信号频率的检测原理  41
    3.3.2 正弦信号幅值的检测原理  41-42
    3.3.3 正弦信号相位的检测原理  42-43
  3.4 混沌系统的混沌状态判别方法  43-46
    3.4.1 Lyapunov指数法  43-44
    3.4.2 Poincare截面法  44
    3.4.3 Melnikov判据  44
    3.4.4 分维数分析法  44-45
    3.4.5 基于图像处理的混沌特性  45-46
第4章有源应答器监测设备信号检测方法的研究  46-55
  4.1 有源应答器监测设备报文读取装置工作原理  46-47
    4.1.1 有源应答器车地通信工作原理  46
    4.1.2 有源应答器监测设备报文读取装置工作原理  46-47
  4.2 FSK信号的特点  47-51
    4.2.1 2FSK信号调制的一般方法  47-49
    4.2.2 2FSK信号解调的一般方法  49-51
  4.3 有源应答器监测设备混沌检测信号的原理及实现方法  51-53
    4.3.1 有源应答器监测设备混沌检测信号的原理  51-52
    4.3.2 有源应答器监测设备混沌检测信号的实现方法  52-53
  4.4 有源应答器监测设备混沌检测信号模型的建立  53-55
第5章有源应答器监测设备混沌检测信号仿真的实现  55-72
  5.1 有源应答器传输报文调制的仿真  55-60
    5.1.1 应答器传输报文的形成  55-57
    5.1.2 有源应答器传输报文FSK信号的调制  57-60
      5.1.2.1 DDS工作原理  57-59
      5.1.2.2 基于Simulink应答器车地通信2FSK信号的产生  59-60
  5.2 有源应答器监测设备混沌振子检测信号仿真的实现  60-65
    5.2.1 仿真参数的设置  60-63
    5.2.2 有源应答器监测设备混沌振子检测信号仿真的实现  63-65
  5.3 有源应答器监测设备混沌振子仿真系统参数的研究  65-66
    5.3.1 混沌系统离散化步长h对系统特性的影响  65-66
    5.3.2 系统阻尼比对系统特性的影响  66
  5.4 有源应答器监测设备混沌振子检测信号抗干扰性研究  66-70
    5.4.1 噪声背景下的混沌振子仿真系统研究  66-67
    5.4.2 四组实验  67-69
    5.4.3 结论  69
    5.4.4 系统离散化步长对误码率的影响  69-70
  5.5 与传统方法的比较  70-71
  5.6 本章小结  71-72
总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79

有源应答器监测设备FSK信号译码的研究与仿真

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