專利名稱：軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于鐵路領(lǐng)域，涉及的是一種修正方法，特別是指一種軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法。
背景技術(shù)：
列車運行控制系統(tǒng)(簡稱列控系統(tǒng))作為保障行車安全的重要設(shè)備，在鐵路，尤其是高速鐵路的列車速度控制方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。軌道電路讀取器作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，通過與地面軌道電路進行電磁感應(yīng)形成相應(yīng)的軌道電路讀取器信號，再利用相應(yīng)算法提取該信號中所包含的列車運行前方的目標速度信息，并進一步將其作為控制列車運行速度的依據(jù)傳送給列控系統(tǒng)主機。由此可見，軌道電路讀取器信號的生成質(zhì)量和變化規(guī)律對于保障列控系統(tǒng)的正常工作以及列車的安全運行是十分重要的。
軌道電路讀取器信號是一種相位連續(xù)的頻移鍵控信號，其信號特征主要包括載頻、調(diào)制低頻、初始相位和振幅等。其中，盡管只要求調(diào)制低頻與列車運行前方目標速度信息相對應(yīng)，但載頻和振幅等特征信息也是信息提取過程的必要信息。申請人在其研究工作中發(fā)現(xiàn)，由于軌道電路讀取器信號的采樣頻率固定不變，使得各采樣點數(shù)據(jù)所對應(yīng)的列車在軌道上的位移增量，會隨列車速度的變化而改變，而這一變化最終會造成軌道電路讀取器信號載頻產(chǎn)生定量偏移，且速度越快，該動態(tài)偏移量越大。因此，在列車高速運行的過程中，有可能會造成相應(yīng)的載頻頻率偏移出其正常的指標范圍，而最終影響對列車運行前方目標速度信息的提取。由此可知，需要對列車運行過程中軌道電路讀取器信號載頻所發(fā)生的動態(tài)偏移進行實時修正，而目前還沒有相應(yīng)的研究成果或解決辦法。因此，為保證軌道電路讀取器對列車運行目標速度信息的準確提取，迫切需要一種能夠直接計算獲得軌道電路讀取器信號的載頻偏移，并對該信號載頻做出相應(yīng)實時修正的方法。這對于保障鐵路，尤其是高速鐵路的行車安全具有非常重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述軌道電路讀取器信號載頻發(fā)生動態(tài)偏移問題，提高列車高速運行過程中，對列車目標速度信息提取的可靠性和準確性，本發(fā)明提供一種軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案—種軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法，獲得軌道電路信號載頻標準值fc ;計算軌道電路中的補償電容阻抗4 ;獲得列車等效分路電阻Rf ；計算載頻偏移因子β ;獲得列車運行速度vs;
計算在該運行速度下的軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài)偏移Λ fc ；軌道電路讀取器計算其接收信號的頻譜，并根據(jù)動態(tài)偏移Af。的計算結(jié)果，將頻譜整體向零頻方向搬移Λ f。，即將頻譜中的載頻頻率f丨。減去動態(tài)偏移Λ f。，從而實現(xiàn)相應(yīng)的修正過程。本發(fā)明具有如下有益效果I.該修正方法所需信息都直接來自鐵路現(xiàn)場設(shè)備，如速度傳感器(列車速度)、軌道電路讀取器(軌道電路信號載頻的標準值)，以及相應(yīng)規(guī)定的系統(tǒng)使用條件(補償電容容值、單位長度的鋼軌阻抗和道砟電阻、列車等效分路電阻)。因此，無需進行現(xiàn)場實地測量即可實現(xiàn)對軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正；2.該修正方法充分考慮到列車運行速度、線路參數(shù)和機車參數(shù)等多因素對軌道電路讀取器信號載頻的影響，準確度較高。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明所述的軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法做進一步說明第I步根據(jù)列車運行方向和軌道電路讀取器對所接收信號載頻的初步估計，可以確定信號載頻的標準值f。；第2步根據(jù)列車運行線路的軌道電路設(shè)計文件，獲得單位長度的鋼軌阻抗之、道石乍電阻rd,以及補償電容容值c,并計算補償電容阻抗I = HQnfc)；第3步根據(jù)軌道電路所規(guī)定的機車最大等效分路電阻條件，確定列車等效分路電阻Rf ；第4步計算載頻偏移因子= InK ln(Z, +、 ΣΣ'))。其中，= ch(f 丨+丨{22 、 Z2 =Zdsh(rlt) + (Zd)2sh2(r{t/2)/Zcp 、Zi=Shiyl,)IZd+ClrifllI2)IZcp,卜廠，Zd=^ZJrd，It 為軌道上兩補償電容的間距，Im(D)
為對復(fù)數(shù)取虛部操作，AO和i(q>分別代表雙曲余弦和雙曲正弦操作；第5步由列車速度傳感器實時獲得列車當前運行速度Vs ;第6步根據(jù)公式Λ ；=βν8/2π計算出列車以速度Vs運動情況下的軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài)偏移Af。；第7步將頻譜整體向零頻方向搬移Λ f。，即將頻譜中的載頻頻率f丨。減去動態(tài)偏移Λ f。，從而實現(xiàn)相應(yīng)的修正過程。具體地，下文將結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的實施步驟進行詳細說明。需要明白，下文的描述僅僅是實例性質(zhì)的，而非對本發(fā)明的限制性描述。在以下描述中可能會涉及具體數(shù)字，然而也需要明白的是，這些數(shù)字也僅僅是實例性質(zhì)的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照本發(fā)明內(nèi)容，針對不同鐵路線路上的軌道電路選取適當?shù)臄?shù)字進行計算。以列車在京-津城際高速鐵路某段軌道電路上運行時實際所獲得的軌道電路讀取器信號為例，該信號經(jīng)相應(yīng)分析得知，其載頻頻率為2601. 55Hz。接下來，以此軌道電路和列車運行情況為條件，按本發(fā)明對軌道電路讀取器信號載頻的偏移進行修正，其過程如下第I步由軌道電路讀取器的載頻估計功能，獲得該信號的載頻為2600-1型，即軌道電路信號載頻標準值fe=2601. 40Hz ；第2步根據(jù)京-津城際軌道電路的線路設(shè)計文件，取單位長度的鋼軌阻抗和道砟電阻分別為之=(丨.67() + 2丨.2丨60*1(> ' /1<ιη>Γ(1=6. 15 Ω km,以及補償電容容值c=25 μ f，并計算
補償電容阻抗1="(2^/>) = -2.4471 ；第3步根據(jù)軌道電路所規(guī)定的機車最大分路電阻條件，這里取列車等效分路電阻 Rf=O. 25 Ω ；第4步講算載頻偏移因子/^丨如丨叫之+乂^^)) = .^ ；第5步由列車速度傳感器測定運行速度vs=340km/h,折合為Vs= (340/3. 6) m/s ； 第6步根據(jù)公式Λ fc=^vs/2 π，計算得到當時軌道電路讀取器信號載頻偏移Δ fc=0. 01*340/3. 6/2 π =0. 15Hz ；第7步根據(jù)計算所得的軌道電路讀取器信號載頻偏移Λ fc=0. 15Hz，對軌道電路讀取器信號的頻譜整體做出修正，即向零頻方向搬移O. 15Hz。信號載頻也由搬移前的實測頻率2601. 55Hz，變?yōu)樾拚蟮臉藴瘦d頻2601. 55Hz_0. 15Hz=2601. 4Hz。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法，其特征在于，所述方法包括: 獲得軌道電路信號載頻標準值f。; 計算軌道電路中的補償電容阻抗^; 獲得列車等效分路電阻Rf ； 計算載頻偏移因子β ； 獲得列車運行速度Vs ; 計算在該運行速度下的軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài)偏移Af。； 軌道電路讀取器計算其接收信號的頻譜，并根據(jù)動態(tài)偏移Λ ；的計算結(jié)果，將頻譜整體向零頻方向搬移Λ f。，即將頻譜中的載頻頻率f丨。減去動態(tài)偏移Λ f。，從而實現(xiàn)相應(yīng)的修正過程。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算軌道電路中的補償電容阻抗的方法具體為 獲得補償電容容值c ; 根據(jù)軌道電路信號載頻標準值f。與補償電容容值C，按照公式計算補償電容阻抗I。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算載頻偏移因子的方法具體為 獲得軌道電路單位長度的鋼軌阻抗之和道砟電阻rd ； 根據(jù)公式f = Im(ln(^ + ^/pj)計算載頻偏移因子β，其中筆=4汛)+之圳f/,)/(2&)、Z2 =^A(f/,) + ^)W(f/, /2)/1、Z,=Sh{Ylt)IZd+ch\rl,l2)IZv，f = ^ , Zd=^TJVi,, It為軌道上兩補償電容的間距，Im 為對復(fù)數(shù)取虛部操作。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài) 偏移Λ fc的方法具體為 根據(jù)公式Λ ；=βν3/2π計算出列車以速度vs運動情況下的軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài)偏移Af。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道電路讀取器信號載頻動態(tài)偏移的實時修正方法，屬于鐵路領(lǐng)域，用于解決軌道電路讀取器信號載頻發(fā)生動態(tài)偏移的問題。所述方法包括獲得軌道電路信號載頻標準值fc；計算軌道電路中的補償電容阻抗；獲得列車等效分路電阻Rf；計算載頻偏移因子β；獲得列車運行速度vs；計算在該運行速度下的軌道電路讀取器信號載頻的動態(tài)偏移Δfc；軌道電路讀取器計算其接收信號的頻譜，并根據(jù)動態(tài)偏移Δfc的計算結(jié)果，將頻譜整體向零頻方向搬移Δfc，即將頻譜中的載頻頻率f＇c減去動態(tài)偏移Δfc，從而實現(xiàn)相應(yīng)的修正過程。該修正方法所需信息都直接來自鐵路現(xiàn)場設(shè)備，可直接集成至軌道電路讀取器設(shè)備，以提高列車高速運行過程中，對列車目標速度信息提取的可靠性和準確性。
文檔編號G05B19/418GK102778872SQ20121023213
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者張才林, 許俊杰, 趙林海 申請人:北京交通大學(xué)