摘 要：本文首先简要分析了移频信号的基本定义，指出了解调算法的选取方法，最后分别从软、硬件两方面，探讨了轨道电路移频信号测试仪的设计思路，望能为此领域设计研究提供些许借鉴。

关键词：测试仪;DSP;轨道电路;移频信号

当前，伴随社会经济的持续化发展，交通体系建设越发完善，各种交通设施持续推新与优化;而无论是城际铁路、提速铁路，还是高速铁路、客运专线，轨道电路移频信号都已成为其自动闭塞的典型制式，同时还是动态监测系统（DMS）、列车运行监控记录器（LKJ）等的基础地面信号。与此同时，针对轨道电路移频信号来讲，其对车-地间无线传输安全、传输时延及车载设备存储负荷所带来的影响也日渐增大。所以，全面、及时且准确的获取轨道电路移频信号的当前状态，对于保障列车的安全、高效运行，意义重大。当采用常规移频信号测试仪检测移频信号参数时，均采取的是传统的选频测量，也就是在测量开始前，需要先获取所测移频信号的标称载频、制式，在完成手动设置操作后，方能测量各类参数，操作繁琐且机械。为了能够将此问题有效解决掉，本文以DSP为基础，对轨道电路移频信号测试仪展开设计与分析。

1.移频信号的基本定义

所谓移频信号，从基础层面来分析，即为以相位连续为典型特征的移频键控信号，同时也是一种典型的键控角度调制信号。其时域表达式：

在此公式当中，θ0 所表示的是移频信号的基本振幅;ω 所表示的是载频的角频率;k表示系数，实际就是移频器所对应的灵敏度;f（t） 所表示的是低频调制的方波信号;θ（t） 表示的是移频信号所对应的瞬时相位。

2.解调算法的选取分析

在测量移频信号时，最基础性问题即为测量其频偏、载频及低频调制频率。当前已经出现较多处于实用状态的移频信号参数解调算法，比如频谱细化分析法（Zoom-FFT）及线性调频Z变换分析法（CZT）等。针对Zoom-FFT法而言，其并未提升频率分辨率，仅使整个计算的难度降低，其在提升频率分辨率的情况下，采样时间也随之增加，因而难以满足测试仪表的实时性要求;而对于CZT法而言，其尽管可以缩短采样时间，并提升频率分辨率，但会随系统内存增大，并且还会增加计算的复杂度。计算移频信号参数通常与其自身频谱中的频率，以及幅值之间有紧密关联，在进行校正时，需要校正其幅值与频率，所以，可选择频谱重心校正法。此方法能够借助校正的思想，在比较短的时间内，提升移频信号参数的实际检测精度，因而可以解决上述方法的不足。

3.轨道电路移频信号测试仪设计思路分析

3.1硬件设计

3.1.1硬件电路的结构分析

在选择微处理芯片时，因解调算法的FFT运算需2048点，有着比较大的数据量，而且整个计算过程比较复杂，因此，这无论是对处理器的内存，还是对其运算速度，均提出了严格要求;此外，由于所用仪器为便携式仪器，这对处理器功耗也有比较高要求。本设计将TMS320VC5509A（16位定点DSP芯片）当作微处理芯片（测试仪），并且在芯片的内部还专设有RAM（256KB），最低功耗0.04mW/MIPS，而最高时钟频率是200MHz。针对外围电路来讲，其主要囊括信号采集、信号调理、自动量程切换等部分。移频信号测试仪的工作过程为：借助键盘将测量启动。在实际测量时，移频信号分别经前置信号调理电路、自动增益控制电路处理后，与A/D转换电路相连接，并依据特定的采样速率，对调理后的信号实施模数转换，最终便可获得移频信号所对应的离散值;而借助McBSP可以把所得到的转换结果持续向TMS320VC5509A传送，最终便可以将低频调制频率、载频及频偏等给计算出来。

3.1.2采集电路设计

在整个测试仪当中，采集电路为其基础组成，其功能即为把处于模拟状态的移频信号向数字量转换，后向TMS320VC5509A传送，由其计算与处理;但需要指出的是，由于A/D与TMS320VC5509A之间存在接口问题，而且移频信号的频率特征也存在差异，如果选用14位，那么最高能提供的A/D采样率为43.1kHz，另外，在其内部还设置有模拟接口电路（AIC）与带通抗混叠输入滤波器（开关电容式）;而对于其模拟输入来讲，所用方式为差分输入，能够充分衔接于TMS320VC5509A。还需强调的是，测试仪仅需1片TLC320AC02，便能实现采集功能，因此，在调节或设定TLC320AC02的工作模式过程中，把其设为单机模式，也就是把M/S引脚与高电平相连接。而将通信接口连接于McBSP2接口（TMS320VC5509A），借助同步串口便能够完成数据交换。

在输入时，为了能够消除噪声，TLC320AC02选用的是差分模拟信号输入方式，而移频信号选择的是单端信号，因此，在采集移频信号时，需首先把移频信号从之前的单端输入方式向差分输入方式转换。

3.2软件设计

针对国产18信息型移频信号来分析，其采样频率通常设定为2550Hz，而针对ZPW-2000型号的移频信号来讲，如果载频分别为1700、2300、2600Hz时，那么在设定采样频率时，可选2048Hz，如果载频处于200Hz状态时，那么采样频率可选择2550Hz。与此同时，因ZPW-2000型移频信号与国产18信息型移频信号之间有着不同的频谱特点，那么其解调程序同样会存在不同，所以，在对移频信号进行实际处理时，为了能够对载频类型进行准确区分，需要设置与之相匹配的采样频率，并设定满足运行需要的解调程序;另外，在整个算法流程当中，需连续进行2次的FFT计算。而在初始化后，首先需要少点数的采样信号，并且有比较高的采样频率，之所以要这样做，主要目的就是将采样时间予以缩短，因为首次采样的主要目的就是对所采移频信号载频的范围给予明确，无需比较高或较准确的频率分辨率。而将移频信号所对应的载频范圍予以明确后，便能选择与之相对应的采样频率，开展第2次采样，并进行FFT运算，后开展解调处理。当将各频率参数都结算出来后，便可输出参数计算结果，并将其显示出来，如此一来，便能够全自动化的测量移频信号参数。不需要在操作开始前以手动方式对移频信号的制式进行设置，也无需手动设定载频的类型，测试仪在开机后能够把待测选项自动设定为移频信号，仅需按下确认键，便能够自动进行测量。

4.结语

综上，本文借助以FFT为基础的频谱校正算法，将其当作解调移频信号的基本算法，并以TMS320VC5509A为基础，开展了轨道电路移频信号测试仪软、硬件的设计，从中得知，无论是ZPW-2000型移频信号，还是国产18信息型，其参数都可以在比较短的采集时间内，进行准确检测，更为高效与实用，能够满足相关需要。

参考文献：

[1]王安， 熊信民， 吴阳. 轨道电路移频信号参数检测算法研究[J]. 计算机仿真， 2017， 28（11）：302-305.

[2]高振天， 张燕丽， 王永刚. UM71轨道电路移频信号测试系统的实现[J]. 舰船科学技术， 2017， 29（01）：109-111.

[3]王安， 熊信民， 吴阳. 轨道电路移频信号参数检测算法研究[J]. 计算机仿真， 2016， 28（11）：302-305.

作者简介：

洪玮（1996.06.22），男，汉，安徽省安庆市.