阅读说明：本技术 用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统 (Universal frequency shift keying signal test system for rail transit signal system ) 是由 周子文 查伟 汪小勇 徐烨 孙燕琼 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统,包括信号源、移频信号发送单元、信号传输路径、信号接收单元、受信端和上位机人机交互单元,所述的信号源、移频信号发送单元、信号传输路径、信号接收单元、受信端和上位机人机交互单元依次连接。与现有技术相比,本发明具有支持多种编码方式及具备相应的解码能力,以应对多种频移键控信号的测试等优点。(The invention relates to a universal frequency shift keying signal testing system for a rail transit signal system, which comprises a signal source, a frequency shift signal sending unit, a signal transmission path, a signal receiving unit, a receiving end and an upper computer man-machine interaction unit, wherein the signal source, the frequency shift signal sending unit, the signal transmission path, the signal receiving unit, the receiving end and the upper computer man-machine interaction unit are sequentially connected. Compared with the prior art, the invention has the advantages of supporting various coding modes, having corresponding decoding capability, coping with the test of various frequency shift keying signals and the like.)

用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统

技术领域

本发明涉及信号测试技术领域，尤其是涉及一种用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统。

背景技术

轨道交通信号系统领域对频移键控技术(即Frequency Shift Key，缩写FSK)主要应用在数字编码轨道、计轴、信标天线等系统。移频轨道电路将频率参数作为控制信息，利用信号调制将低频信号调制移到较高频率，但保持其幅值不变，频率随低频信号幅值变化而变化。移频轨道电路在实现区间自动闭塞的同时，还可以传送行车信息(如行车速度，详细的线路参数等)，为列车运行控制提供所需的相关信息。在我国电路中，国产18信息移频自动闭塞系统与UM-71无绝缘轨道电路均采用的是相位连续的移频键控信号。

经过检索，中国专利公开号为CN106124839A的专利公布了一种用于轨道移频信号的便携式检测仪及其检测方法。该检测仪是由磁阻传感器、温度传感器、信号调理、模数转换、DSP微处理器、WIFI通信、LCD显示和供电单元构成；所诉检测方法是由磁阻传感单元检测铁轨内移频电流有效值和移频电流频率检测组成，省去了在引接线处进行移频信号检测的不便。但该发明使用的场景是现场快速检测，特点是小巧便携，使用时还需协调远处发码端。

经过检索，目前我国城市轨道交通种使用的数字编码无绝缘轨道电路有AF-902/904(上海2号线)，FTGS音频轨道电路，ZPW-2000A，UM71等。各种制式在载频、频偏、编码位模式等方面各有差异，长远来看，多种制式共存的局面将会持续，但目前尚无一套通用的测试平台可用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统，该系统针对现有多种制式的频移键控信号，测试系统硬件可复用，调制解调算法软件可灵活配置，支持多种编码方式及具备相应的解码能力，以应对多种频移键控信号的测试。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统，包括信号源、移频信号发送单元、信号传输路径、信号接收单元、受信端和上位机人机交互单元，所述的信号源、移频信号发送单元、信号传输路径、信号接收单元、受信端和上位机人机交互单元依次连接。

优选地，所述的信号源包括PXI机箱以及安装在PXI机箱上的任意波形发生器板卡；

所述的任意波形发生器板卡产生特定频率的复杂信号，用来仿真列车运行时轨道电路的实际波形。

优选地，所述的任意波形发生器板卡采用NI PXI-5422、坤驰QT1237或凌华PXI1117；

所述的信号源还设有用于提供波形参数设定输入框的上位机界面，根据测试项目在适用范围内选取所需基带频率、载波频率、调制方式、编码信息、传输路径模型的参数；

所述的信号源支持预定义高频载波频率1700Hz、2KHz、2300Hz、2600Hz，亦支持板卡能力范围内自定义选择；

所述的信号源预定义支持低频基带信号频率，从10.3Hz按等差数列至29.0Hz，公差为1.1Hz，频偏Δf为11.0Hz，亦支持板卡能力范围内自定义选择。

优选地，所述的测试系统还包括与移频信号发送单元连接的噪声源，该噪声源包括工频干扰、白噪声或者高斯噪声。

优选地，所述的移频信号发送单元包括信号调制及模拟信号生成电路，该信号调制及模拟信号生成电路支持多种频移键控调制，包括BFSK(Binary Frequency Shift Key，二进制频移键控)、MSK(Minimal Shift Key，最小频移键控)；

所述的移频信号发送单元支持多种信息编码协议，包括8位报头、37位数据信息及16位循环校验位，支持不同的编码长度；

所述的移频信号发送单元载波频率覆盖轨道交通信号领域所使用的载波频率，支持18种已定义的轨道电路低频信息，并支持自定义低频信息。

优选地，所述的信号传输路径包括若干调谐区，每个调谐区包括本轨道区段发送调谐单元、空心线圈、下一相邻轨道区段的接收调谐单元。

优选地，所述的信号传输路径选择实际传输介质或传输路径仿真模型。

优选地，所述的信号接收单元包括依次连接的模拟信号隔离调理单元、模拟信号采样传输及存储单元。

优选地，所述的受信端采集原始数据信号并将其转化为二进制数据流盘存储，并将所存储的原始数据作为数据源，选择不同算法进行解调、解码，进而判断各算法下基带恢复指标及误码率指标。

优选地，所述的上位机人机交互单元，用于提供波形观察、特征值计算、解调算法选择、解码信息流、误码率计算。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)复用一套硬件设备，节省成本；

2)不同的解调算法使用同一数据集，性能指标对比可信，可用于报文数据准确性和一致性评判，区间占用安全信息的判断评判。

3)针对同一特性的传输链路，研究不通调制方式的优劣，研究发送更多详细线路信息的可行性。

4)适用于新方法验证、功能改进时需要的测试，可用于研发绝缘轨道新功能。如上海2号线改造项目中，本系统为测试AF-904轨道电路提供仿真测试装置，以及为下一代市域信号系统提供仿真测试装置。

5)适用于应答器、移频轨道电路等参数性能测试，如能量阈值要求，载波调制方式的参数调参，不同调制方式的效果比对，信噪比、频率偏移及误码率比对。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明具体实施例的模块功能示意图；

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种用于轨道交通信号系统的通用频移键控信号测试系统，包括信号源1、移频信号发送单元2、信号传输路径、信号接收单元3、受信端4和上位机人机交互单元5，所述的信号源1、移频信号发送单元2、信号传输路径、信号接收单元3、受信端4和上位机人机交互单元5依次连接。

所述的测试系统基于PXI总线搭建，以完成模拟信号生成与采集。所述的信号源包括PXI机箱以及安装在PXI机箱上的任意波形发生器板卡；所述的任意波形发生器板卡产生特定频率的复杂信号，用来仿真列车运行时轨道电路的实际波形。

所述的任意波形发生器板卡采用NI PXI-5422、坤驰QT1237或凌华PXI1117；所述的信号源还设有用于提供波形参数设定输入框的上位机界面7，根据测试项目在适用范围内选取所需基带频率、载波频率、调制方式、编码信息、传输路径模型的参数；

所述的信号源支持预定义高频载波频率1700Hz、2KHz、2300Hz、2600Hz，亦支持板卡能力范围内自定义选择；

所述的信号源预定义支持低频基带信号频率，从10.3Hz按等差数列至29.0Hz，公差为1.1Hz，频偏Δf为11.0Hz，亦支持板卡能力范围内自定义选择。

当使用仿真传输路径而非真是传输路径时，发送端可加载噪声，所述的测试系统还包括与移频信号发送单元连接的噪声源6，该噪声源包括工频干扰、白噪声或者高斯噪声。

所述的移频信号发送单元包括信号调制及模拟信号生成电路，该信号调制及模拟信号生成电路支持多种频移键控调制，包括BFSK(Binary Frequency Shift Key，二进制频移键控)、MSK(Minimal Shift Key，最小频移键控)；

所述的移频信号发送单元支持多种信息编码协议，包括8位报头、37位数据信息及16位循环校验位，支持不同的编码长度；

所述的移频信号发送单元载波频率覆盖轨道交通信号领域所使用的载波频率，支持18种已定义的轨道电路低频信息，并支持自定义低频信息。

所述的信号传输路径包括若干调谐区，每个调谐区包括本轨道区段发送调谐单元、空心线圈、下一相邻轨道区段的接收调谐单元。

所述的信号传输路径选择实际传输介质或传输路径仿真模型。所选的轨道移频传输模型假设轨道传输网络是均匀分布参数的电路，利用均匀传输理论对其见建模分析。

所述的信号接收单元包括依次连接的模拟信号隔离调理单元、模拟信号采样传输及存储单元。

所述的受信端采集原始数据信号并将其转化为二进制数据流盘存储，并将所存储的原始数据作为数据源，选择不同算法进行解调、解码，进而判断各算法下基带恢复指标及误码率指标。

所述的上位机人机交互单元，用于提供波形观察、特征值计算、解调算法选择、解码信息流、误码率计算。

所述的受信端与信号源相连接，或与仿真传输路径单元相连接；实时监控移频轨道电路接收端响应波形，并对其滤波解析。模拟信号经欠采样数据采集，经带通滤波后以二进制数字化后存储；由于FSK移频信号具有典型的窄带信号特征，使用Zoom-FFT算法进行解调。

具体实施例

以ZPW-2000型轨道电路为例，研究Zoom-FFT与普通FFT解调方法下指标差异：

设某区段载频f₀为2600Hz，待调制低频信号频率为13.6Hz，则轨道中移频信号频率为2589Hz及2611Hz。移频信号有8个载频、14个低频，共计144种可能组合方式，这些组合方均在测试序列中，通过第一上位机11即可选择。此外第一上位机11上还可以选择是否加载噪声，选择噪声类型，设置噪声属性等。当使用仿真传输路径时，还可在第一上位机11上选择传输路径模型参数。在第二上位机21上可选择加载Zoom-FFT与普通FFT算法同时对采集到的信号进行实时解调，通过观察虚拟示波器上波形可对两种算法的优劣进行比对。另外，可加载已存储的波形数据，选择加载Zoom-FFT与普通FFT算法同时对这一数据集进行离线解调，通过观察虚拟示波器上波形可对两种算法的优劣进行比对。

仿真传输路径模型选择不同移频轨道电路传递函数及参数，更加利于研究测试。

对移频信号载频、调制频率、移频指数、频偏及上、下边频等参数进行解析计算，并计算误差。使用FFT-RMS测量方式，对其峰值、能量谱进行分析；通过加Hanning窗防止频谱泄露。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。