浅谈铁路FSK信号解调技术

浅谈铁路FSK信号解调技术

夏学峰

夏学峰（东营职业学院）

摘要：本文对铁路FSK信号解调技术加以分析。

关键词：铁路FSK信号解调技术

1移频信号频谱特征：

1.1国产移频信号的频谱是以载频为中心的两个边带，这两个边带是由调制频率为间隔的谱线构成，且呈现对称状态分布。

1.2信号的频谱能量随着信号调制系数m的变化而变化，随着调制系数m的增大，移频信号的频谱范围相应展宽，谱线的相对幅度也有所不同，其能量从载频频率向两边散布，且分别集中到上下边频附近。

1.3从移频信号的频谱中，可以直接计算出信号的载频和调制低频频率，信号的载频为两峰值频率和的平均值，调制频率为信号有效频谱之间的间隔。

1.4M71信号频谱特征：UM71信⒉U号的频谱能量主要集中在载频频率附近，频谱中的中心谱线就是信号的载频，紧靠它的两侧幅度最大的边频信号到中心载频的距离就是调制信号，这是我们后面进行UM71信号检测解调的基本理论依据。

2信号参数检测

标准的国产移频信号和UM71信号的参数可以直接根据频谱计算得出。但是通过钢轨感应到机车上的信号往往会因为电磁环境或设备原因使得信号不再是标准信号，可能会出现频带漂移、谱线缺失、频谱畸变、结构变化等问题。这些问题给信号技术参数的确定带来很大的麻烦，求解技术参数的过程变得复杂起来。

2.1载频和调制频率的确定标准国产移频信号的载频为550Hz，650Hz，750Hz，850Hz四个，理论上等于最高两条谱线的频点之和除以2。标准UM71信号的载频为1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz四个，理论上等于最高谱线的频点大小，实际应用中为前三条高谱离标准载频最近的那一个。允许误差范围可以跟据实际需要设定，在信号很差时可以考虑更宽的范围。

国产移频信号两个边带的最高谱线与它们附近的两条次高谱线之间的间隔相等，UM71信号的最高谱线与两边的次高谱线间隔也相等，此间隔即为它们的调制频率大小，考虑到频谱分辨率以及信号通过空间传播带来的杂散干扰等因素，允许间隔存在一定偏差

对UM71信号一级信号间隔小于0.5，二级及以上信号小于1.1Hz。

由此可见，载频和调制频率确定的关键是准确定位信号的峰值谱线位置。谱线排序利用频谱的功率谱。排序分为两种，一种是按幅值大小排列，另一种是把幅值最大的一组谱线再按频率大小排列。

移频信号，得到功率谱之后，先找出455Hz～945Hz范围内的前六条高谱，然后再将这些谱线按频率从小到大的顺序排列。在与标准谱线比较时，根据偏差确定载频和调制频率，载频允许偏差如下：

一级信号：±2Hz

二级信号：±6Hz

其他级别：±10Hz

调制频率允许偏差暂定

UM71信号，得到功率谱之后，先找出1600Hz～2700Hz范围内的前三条高谱，然后再将这些谱线按频率从小到大的顺序排列。在与标准谱线比较时，根据偏差确定载频和调制频率，

载频允许偏差如下：调制频率允许偏差暂定如下：

一级信号：±1Hz一级信号：±0.2Hz

二级信号：±2Hz二级信号：±0.3Hz

其他级别：±6Hz其他级别：±0.5Hz

判断是否为信号时应注意利用信号的特征，移频信号最高两条谱线间距是低频的偶数倍，而且要满足如表1.5限制：

2.2频率漂移时参数的确定现场信号在发送和传输过程中有时会因为铁路设备故障出现频率漂移现象。一旦出现严重的频率漂移，实时系统将无法正确确定载频，出现无码结论。而静态分析系统可以通过各种解码措施得到频率漂移后的信号。这里频率漂移可以给出一个上限，比如最大漂移允许±15Hz。系统可以采取以下措施克服频率漂移得到准确载频。

措施：信号谱线的查找范围跟随信号一起移动。

以载频550Hz，低频11Hz的国产移频信号为例，图1-1表示了该信号出现8Hz的频率漂移时的情况，实际信号比标准信号的频带向右偏移了8Hz。标准550Hz国产移频信号的查找范围为458Hz到642Hz，即标准载频±92Hz范围。系统可以将信号的查找范围同时向右移动8Hz，变为466Hz～650Hz，载频就等于最高两条谱线频点之和除以2，再减去向右移动的频率大小，即为550Hz。

但是信号查找范围移动后，有时会在带内混入50Hz的奇次谐波干扰，如图1-1，将混入650Hz的谐波干扰。但由于工频干扰会出现漂移，我们并不能准确确定谐波位置。漂移虽然很小，经谐波累加后就不能忽略了。解决办法是：由带外的谐波频率推算带内的谐波频率。例如，工频基波为49.9Hz，漂移0.1Hz，带内13次谐波干扰位置则为648.7Hz，需将此处的频谱置零。

2.3幅度检测相对于以上频率的检测，信号幅度的检测要简单些，可以直接从时域数据中得到，计算信号电压有效值即可。信号的电压是一个信号大小强弱的反映。

在实际检测中，时域的幅度检测存在着信号和干扰共存的问题，即无法简单的将信号幅度和干扰幅度分开。因此幅度的精确计算可以在频域中进行。