自动化信号检测系统（共12篇）
自动化信号检测系统 篇1
摘要：介绍了自动武器膛口信号的一种检测原理及方法,并设计出相应的信号调理电路。设计中采用双低功耗双极型运算放大器AD706设计仪表放大器。在滤波器设计中,利用Multi-sim 10中的Filter Wizard设计一低通滤波器,缩短了设计周期。
关键词：膛口信号,电路,仪表放大器,滤波,Filter Wizard
0 引言
自动武器弹丸初速测定是枪弹及火药的研制和鉴定中的基本实验项目,也是衡量自动武器弹药弹道的参数之一。本文讨论轻武器膛口出弹信号检测方法,并给出信号调理电路。
1 工作原理
如图1所示为弹丸膛口测量系统装置示意图,最外线圈是直流供电的励磁线圈,内层为感应线圈,从感应线圈出去接信号调理电路。首先介绍工作原理。
在静态情况下,直流稳压供电给励磁线圈产生一稳定磁场。当弹丸穿过线圈的过程中,弹丸充当了电磁线圈介质而改变了磁场分布,导致磁通发生变化。根据电磁学公式
U为通电线圈感应电动势;Φ为线圈的磁通;t为时间。
线圈两端产生感应电动势即等于时间t内的磁通变化。
2 测试系统原理
弹丸穿过线圈时,感应电动势的强弱与线圈的半径和弹丸的口径有关[1]。试验验证的信号幅值为几个毫伏,经过放大电路放大1 000倍可达到便于示波器或A/D转换能够接受的几伏特,如图2所示为测试系统的系统框图。
3 前置放大电路设计[2]
由于前置放大电路直接放大来自感应线圈的电动势,而传感器产生的信号非常弱,很容易受到噪声污染,故需采用高精度、高稳定性、高输入阻抗低输出阻抗、高共模抑制比、低噪声和抗干扰能力强的仪表放大器。本设计采用双低功耗双极型运算放大器AD706,该放大器具有工作电压宽(±2～±18 V),输入阻抗高,输入失调电压低,输入失调电压漂移小等特点。如图3所示,设计的AD706组成的放大倍数为100倍的双运放仪器放大器电路。
电路中R1=R4=49.9 kΩ;R2=R3=49.9/(0.9G-1);R7=99.8 kΩ/(0.06G),G取100计算,取电阻标准系列值R2=R3=560 Ω,R7=20 kΩ变阻器。根据计算取到R7=16.5 kΩ时,得到图4所示的输入输出放大对比波形图。图中的波形在频率3 kHz,4 mV的交流输入得到,图4显示输出滞后输入18.939 μs,放大倍数94与预计有偏差,通过调节R7可以得到理想放大倍数A1。
4 信号滤波
膛口信号检测中,由于来自传感器的信号微弱,易受噪声污染。这些噪声包括环境噪声、电路元器件自身噪声、武器本身振动等。若电源来自市电变换,还含有50 Hz的工频噪声。为缩短滤波器的设计周期,本文采用了Multisim10中的Filter Wizard设计一低通滤波器[3]。
某轻武器弹丸出膛口速度约为300 m/s,图1线圈L为10 cm,则估计的信号频率为3 kHz。考虑速度波动要留有裕量,图5所示为参数设置界面。合理参数设置完成后,自动设计完成图6所示的由OPAMP组成的切比雪夫低通滤波器。由于设定电阻设定2 kΩ,而电容值非系列值,故需做小的改动,使电容值标准化。改动后的电路频率响应曲线如图7所示,满足设计要求。
5 后置放大电路
后置放大电路的目的是进一步为来自线圈的感应电压放大到伏特级,以便于后续处理。由于前置仪表放大了100倍,故后置放大倍数为10倍可以达到伏特电压。采用运算放大器反相输入,经过前后两级放大得到相位相同的输入输出信号。设实际的后置放大倍数为A2,则两级放大倍数为A=A1×A2。
6 电压跟随器
电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点,在电路中作为缓冲隔离电路,当在输入和反馈线路上加电阻RP和RF则起到限流保护作用。然而,与无电阻的跟随器相比,因元件多而导致定态误差较大[4]。
7 结语
本文所阐述的膛口信号检测原理方法基于线圈靶原理又不同于线圈靶,该原理已在实践中使用。使用励磁感应线圈,避免了测速时将弹丸磁化过程。设计的放大滤波电路已通过模拟仿真,符合设计需求。
参考文献
[1]何运峰,王昌明,柳光辽,等.感应式线圈靶半径分布对区截信号的影响[J].南京理工大学学报,2002,26(5):473-476.
[2]吴丽华,童子权,张剑.电子测量电路[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.6.
[3]熊伟,侯传教,梁青,等.Multisim7电路设计及仿真应用[M].北京:清华大学出版社,2005.7.
[4]周严.测控系统电子技术[M].北京:科学出版社,2007.
自动化信号检测系统 篇2
ATS子系统负责对列车运行的情况进行自动监控，有以下基本功能：(1)列车识别功能。ATS人机界面的轨道显示列车识别号信息，包括列车车次号及列车运行方向，中央ATS可以自动生成列车识别号，由专业人士进行修改，或由列车向ATS发送此类信息。(2)列车追踪功能。ATS子系统根据列车位置、操作员请求及列车调整请求来完成列车的创建、删除及移动操作。(3)自动排路功能。ATS列车调整子系统提供自动列车进路，利用列车时刻表中的列车目的地号来自动排列列车进路，列车根据目的地号自动沿着线路运行，根据目的地号信息自动开放进路、停站以及在停靠站开/关车门。(4)列车自动调整功能。正常运营模式下，时刻表调整能够自动控制列车运行，将列车与时刻表(由运营管理者编制)之间的偏差降至最低。(5)列车运营时刻表管理功能。行车管理人员通过时刻表编辑软件离线编制多个列车运营时刻表，同时ATS提供在时刻表中增加车次、延长列车营运时间等在线调整功能。
2.2列车自动防护子系统(ATP)的功能
ATP子系统控制列车在安全条件下行驶，主要包括以下基本功能：(1)列车定位功能。通过列车提供的速度、距离以及线路等方面信息，确定列车安全位置及非安全位置，ATP系统利用安全位置对列车进行安全防护。(2)列车追踪功能。该功能提供数据以保持安全的列车间隔，ATP子系统根据列车位置报告、道岔位置构建追踪占用地图，通过非安全位置和位置及其不确定性计算安全的列车两端位置。(3)列车移动授权功能。在车载控制器运行良好的情况下，利用ATP限制固定数据和ATP可变限制数据计算ATP运行曲线，此时系统将移动授权限定在前方列车尾部后面的安全间隔外方停车点。(4)速度监督校正功能。车载控制器对速度传感器和加速计输入的速度数据一致性进行监控，记录检测到的速度或速度传感器非常规变化信息。(5)停车位置保证功能。停车保证通过比较移动授权和当前列车位置和速度进行判断，系统接收到进路取消请求后，将延迟一段时间用以保证列车制动停车需要。(6)溜车防护功能。车在站台区域停车时，车载控制器须确保列车处于静止状态。如果系统检测到列车在没有命令的情况下有了物理位置的移动，车载控制器将实施紧急制动。
2.3列车自动驾驶子系统(ATO)的功能
ATO子系统控制列车自动运行。它在ATP系统的保护下，根据ATS发送的指令实现列车运行的自动驾驶、自动调整速度和控制车门，主要包括以下基本功能：(1)自动运行功能。ATO子系统控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成列车启动、加速、巡航、惰行、减速和停车的合理控制。(2)列车精确停车控制功能。在ATP防护下，通过车地通信设备和轨旁设备实现自动列车精确停车控制。(3)在线列车监控功能。ATO车载控制器将列车运行的有关信息传递至ATS子系统，实现ATS子系统对在线列车实时监控。(4)节能舒适调节功能。ATS子系统根据高峰和非高峰运营时段的列车运营情况，通过ATO系统实施不同的节能运行方案，在不降低服务质量的前提下，采用适宜的速度曲线控制列车运行和保证乘客的舒适度。
3CBTC系统自动控制功能在地铁运营模式上的体现
3.1列车自动驾驶模式
在ATO和ATS控制下以及ATP防护下，列车进行自动驾驶。同时在线列车的启动、加速、巡航、惰行、制动、精确停车均由ATO子系统自动控制。而在进入ATO驾驶模式后，系统设备正常且没有人为干预，此驾驶模式将维持不变。ATO子系统开关车门和安全门(部分城市仍采用司机控制开关门模式)。当列车准备发车时，列车司机按发车按钮启动列车的自动驾驶。
3.2ATP列车人工驾驶模式
在列车司机显示器显示的ATP速度限制下，列车司机控制列车速度，ATP子系统实现列车自动防护的全部功能，站台停车以及车门及安全门的.开关均由车载控制器允许的门操作模式实施控制。
3.3限制人工驾驶模式
限制人工驾驶模式是降级的驾驶模式，列车运行具有最高限速。在这种模式下，列车司机按照轨旁信号显示运行且不能超过25km/h限速。该模式在车辆段和转换轨内是正常驾驶模式。
列车运行的安全由联锁设备、ATP车载控制器、调度人员、司机共同保证。此外，站台停车精度以及车门及安全门的开关均由人工控制。
3.4点式列车驾驶模式
列车在ATP监督下安全的运行，此时ATP信息来自信号机处动态信标，系统提供包括列车超速防护功能、间隔防护功能、闯红灯防护功能和车站站台区域停车窗保护功能等。司机根据地面信号显示，利用TOD显示的速度限制来驾驶列车。在车载控制器允许的情况下，站台停车精度以及车门及安全门的开关由司机人工控制。
3.5非限制人工列车驾驶模式
实现无线信号自动开关 篇3
在很多人家里，为了使用方便，无线路由器是从来不关的。但是长时间开启无线，除了耗电之外（尽管微乎其微），无线信号的辐射也是一个必须关注的问题。虽然目前并没有WiFi辐射对身体造成伤害的例子，但尽量减少电磁辐射也更加环保，因此不少人采用手动开关无线路由器的方法，这样就显得使用不便。要是能自动定时开关无线就很方便了。
现在不少主流路由器都支持刷新DD-WRT固件，如华硕、TP-Link、磊科等，其实DD-WRT自身，就可以轻松地实现无线信号的自动开关。具体的设置方法为：在DD-WRT的无线设置中，选择高级设置，在页面下方的Radio Time Restriction选项中，启用Radio Scheduling选项即可（默认为关闭）。接下来就是设置无线信号自动开关的时间了。我们可以看到下方的红色、绿色方块，对应0～23点，红色代表关闭，绿色代表开启，只需要点击这些方块，将需要关机的时段变成红色就可以了。以笔者的使用习惯为例，12点之后为睡眠时间，7点起床，将0～7点这个时段设置为无线信号关闭，这样，每天0～7点，无线路由器自动关闭无线信号，不影响挂机下载BT等，在白天则自动开启无线信号，方便笔记本、手机、平板电脑等使用，不仅方便还环保。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
自动化信号检测系统 篇4
1 现状
无线广播电视发射台主要是将接收的信号源, 通过利用台内的链路环节传入发射机, 从而将节目传送出去。在传送电视节目时, 发射台通常会接收几种信号, 包括ASI、SDI等信号。在传送广播节目时, 发射台接收的信号包括AES/EBU等信号。一般情况下, 每套节目都会有多个信号源的传播路径, 这是为了使信号来源更加有效和安全, 而且每个信号源都经过分配器, 从而使其实现信号分配的功能, 并将信号传送到相应的切换和监测系统。在发射台中, 信号切换器依靠有无信号来完成切换功能, 从而使信号输出更加安全, 整个切换系统既支持自动切换, 又支持人工手动切换。其中, 发射机在发射信号时包括几种类型, 有开路模拟电视信号以及FM/AM广播信号, 除此之外, 还有DTMB国际地面数字信号。根据上述系统链路的特征, 自动化监测系统可分为两个部分, 一部分是处理层, 另一部分是展示层。
处理层:使用嵌入式的板卡结构, 将各种信源、信号及天线接收, 从而对其进行监测, 并把得到的数据传送到网络中。
展示层:通过监测主机, 从而获取网络中的信号, 使节目能实现多画面显示, 并且对其画面及质量进行监测。如果监测的信号出现问题, 能自动转化成语音或文字的形式通知机房人员, 使问题能得到及时的解决。当然, 通过整理报警信息, 同时与智能分析相结合, 能在关键时刻进行远程控制。
机房自动化信号监测系统由两部分组成, 一部分是嵌入式信号监测系统, 另一部分是多画面监测系统。
2 遵循原则
2.1 稳定安全。
使用嵌入式的设备, 不管是在信号监测方面, 还是故障报警方面, 或者是设备监测方面, 都使用嵌入式板卡, 全部模块运用热插拔的手段。从而使监测系统在运行期间更加安全, 并且加强系统运行的稳定性。
2.2 业务流程。
在用户模式的选择上, 重视发挥部门职能, 并简化整个业务流程, 根据目标的引导, 从而实现结果的输出。同时, 系统要尽可能的避免配置复杂化, 并减少重复输入现象发生的次数。
2.3 易于维护。
加强对子系统的维护工作, 使设备能进行自我诊断以及报警, 而相关维护人员在排除故障时, 只要更换对应的模块即可, 无需再对系统进行重新配置。
2.4 规范标准。系统硬件接口按照国家标准进行设计, 而且相关协议也要符合广电总局的标准。
2.5 灵活扩展。
在监测系统中, 其前端使用全IP构架, 能支持所有信号的输入, 在监测模式上采用分布式, 并严格遵循开放协议, 从而使其能与其它软件或设备进行对接。
3 监测系统
3.1 嵌入式。
嵌入式的监测系统可在复杂的机房环境中稳定运行, 该系统主要由几个部分组成, 分别为嵌入式监测板卡以及工业机箱, 除此之外, 还有电信级直流供电电源。3.1.1嵌入式核心监测板卡。该监测板卡使用的是DSP+FPGA构架, 可保证设备能安全运行, 使硬件计算功能和数据处理能力得到充分发挥。板卡能对自身的部件或故障进行检测, 一旦发现问题, 还能及时报警, 故障报警是由板卡CPU模块和相关故障在监测前端生成的。板卡通过打包所有信号的IP, 并利用网络组播技术, 从而实现数据的传输功能。相关信号被IP封装后, 便能任意调度、监看以及录制, 而且在实际的项目施工中, 也会使接线工作更加方便。在嵌入式核心监测板卡中, 数字信号监测板卡也是其重要的组成部分, 如图1所示, DTMB数字电视信号监测板卡。3.1.2工业机箱。工业机箱的设计采用机架式, 四块功能板卡可实现同时插入并且支持混插。其中, 功能模块设计使用的是后装载式, 可实现热插拨。而在其内部, 使用的是可插拨抽取式的风扇模块, 它可以促进其内部的空气流通, 具有冷却散热的作用。3.1.3电信级直流供电电源。电源的设计采用的是机架式, 可实现三路交流输入, 并支持输出三路12V直流, 在电源模块方面有三组150W电源, 可自动进行负载均衡, 并能备份冗余热。其中, 电源模块采用的是后装载的形式, 能进行热插拨, 不仅支持过温和过流, 也支持过压, 除此之外, 它还具有短路保护功能。它能接收来自远程的网络电源指示, 同时能实时监测工作温度, 并能在发现问题后及时报警。
3.2 多画面监控系统。
通过对相关节点进行监测, 对所传输的节目进行实时掌控, 自动排查节目故障, 并对发现的故障及时报警。在该系统中, 对节目进行监测并对组合画面进行监听。除此之外, 多画面监控系统的构成比较简单, 它是将多画面报警主机结合在一起组成的系统。
多画面监测系统主要是将传输的节目, 通过多画面主机传送到交换机上, 并对传输内容进行实时的监测和报警, 从而保证节目的安全播出。
4 综合报警及管理
系统拥有多种报警方式, 从而提醒机房人员及时排除故障, 其中包括语音提醒、状态灯提醒等方式。在使用语音报警时, 需要汇总多个监测点的报警信息, 并将报警信息做好分类。同时, 可根据报警信息自动生成相应的语音文件, 而且无需重新录音。
在系统运行中, 会对系统内部产生的故障和参数进行记录, 并可以方便其及时查询。在进行查询工作时, 可根据错误发生的时期和类型以及相关频道等方面, 从而进行系统查询工作。
它的用户管理权限分为两个部分, 一部分是超级用户, 另一部分是普通用户, 其中, 超级用户能任意控制系统用户, 对其进行增加或者删除, 而普通用户则不能。
结束语
综上所述, 本文通过建立自动化信号监测系统, 从而实现自动排出机房故障, 并通过相关的报警手段, 进而通知工作人员及时排除故障, 这种系统形式避免了只依靠值班人员进行排除故障检查的工作, 并且系统的效率得到了不断提升。
摘要：无线广播电视发射台为了保证视频的正常播出, 一般是通过人工值守的形式对其进行监测。如今发射台需要播出的频道在逐渐增多, 仅依靠人工进行排查故障的工作难度比较大, 一旦没有及时排除故障, 将会导致停播等事故。为了避免发生停播事故, 亟需建设自动化信号监测系统, 以更好的进行故障排除工作。主要阐述通过使用相关技术, 建设自动化信号监测系统, 从而保障播出安全。
关键词：发射台,自动化,嵌入式监控,多画面显示
参考文献
[1]及婷婷.无线广播电视发射台自动化信号监测系统探讨[J].电子技术与软件工程, 2014 (21) .
[2]何兰平.无线广播电视发射台自动化信号监测系统[J].广播与电视技术, 2012 (3) .
[3]曹金泉.广播电视发射台站自动化监控系统建设[J].电子世界, 2012 (19) .
区间信号自动控制课程设计 篇5
1设计目的
本次课程设计旨在通过回顾学过的区间相关知识设计并利用AutoCAD软件绘制区间信号设备平面布置图，区间移频柜设备布置图，区间综合柜设备布置图和通过信号机点灯电路。熟练掌握公里标的含义，信号机的布置和命名，设备的配置和点灯电路等实际的高于课本的专业知识，为我们以后参加工作夯实基础。
2设计内容及要求
绘制区间信号设备平面布置图，区间移频柜设备布置图，区间综合柜设备布置图和通过信号机点灯电路。熟练掌握公里标的含义，信号机的布置和命名，设备的配置和点灯电路等专业知识。
设计原理：ZPW-2000A系统由调谐区、匹配变压器、补偿电容、传输电缆、发送器、接收器、衰耗盒、电缆模拟网络组成。
发送器用于产生高精度、高稳定移频信号源,系统采用N+1冗余设计，故障时通过FBJ接点转至“+1FS”。
接收器采用A、B双机并联，A主机输入接至A主机，并同时接入B主机；B主机输入接至B主机，并同时接入A主机；A主机输出与B主机输出并联，动作A主机的执行对象；B主机的输出也是类似的。
调谐区由主轨和短小轨组成，主轨道信号传至本区段接收器，调谐区小轨道信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成小轨道电路轨道继电器执行条件（XG、XGH）送至本轨道电路接收器，做为轨道继电器（GJ）励磁的必要检查条件之一。
衰耗盘用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整。给出发送接收故障，轨道占用表示及发送，接收用+24电源电压，发送供出电压和接收GJ、XGJ测试条件。正方向调整用a11～a23端子，反方向调整用c11～c23端子。
3设计图纸说明
3.1区间信号平面布置图
我设计的K14站中有16个闭塞分区，上行有九个闭塞分区，下行有九个闭塞分区。在区间信号平面图的绘制中包括进站信号机、出站信号机和通过信号机的布置和命名，反向进站预告标的设置，各闭塞分区载频的配置，补偿电容的配置以及确定区间各区段的长度及命名。如附图QJKS-01所示。
区间信号自动控制课程设计报告
3.1.1区段长度的设置
本次设计站绘制区间信号平面布置图分了18个区段，每个区段的划分以电气绝缘节为分界点，但是进出站的地方用机械绝缘隔开。车站以坐标K8814+000为准，而车站与区间的交接点是进站信号机，车站的长度为3000米左右，四个进站信号机据信号楼的距离在800~1500m之间。因此先确定四个进站信号机的位置，然后向两侧推来布置区间的轨道区段。为保证行车安全，闭塞分区必须要有足够的制动距离，按照区间具体情况设置各闭塞分区的长度，每个闭塞分区的长度以1200～1400m为准。3.1.2信号机的设置及命名
(1)信号机设置的原则
①闭塞分区长度应满足各种列车制动距离的要求，两架信号机之间的距离以本闭塞分区的具体情况为准。
②区间通过信号机应在车站进站、出战信号机位置确定之后才能布置。③上、下行方向的通过信号机，尽量的并列设置。
④信号机应设在列车运行方向的左侧或其所属线路的中心线上空。
⑤在下行方向有一架下行出站信号机XⅠ和一个反向进站信号机XF，上行方向也有一架出站信号机SⅡ和一个反向进站信号机XF，本区间采用三灯四显示，并且三接近的通过信号机上加三根短斜线，二接近的通过信号机上加一根短斜线。设短斜线的目的有两个，一个是起预告作用，另一个是与其他的通过信号机加以区别。
(2)信号机的命名
信号机位置确定后，应进行编号，一般以信号机坐标公里数和百米数组成，下行编奇数（如88163），上行编偶数（如88164）。
(3)区间载频配置原则
载频设置的目的是防止由于绝缘节的损坏而导致的信息干扰，可分上行和下行两种。下行区段由1700-1Hz，2300-1Hz，1700-2Hz，2300-2Hz顺序交替配置，特别地，下行正线进站信号机外方第一个区段（即三接近）一般配置2300-1Hz，一离去一般配置2300-2Hz。上行区段由2000-1Hz，2600-1Hz，2000-2Hz，2600-2Hz顺序交替配置，上行正线三接近一般配置2600-1Hz，一离去一般配置2600-2Hz。
(4)轨道区段的绝缘节
在本站的闭塞分区与邻站的闭塞分区的交界处都设置分界点。车站采用机械绝缘，区间内采用电气绝缘，两种绝缘方式的轨道电路具有相同的传输长度。
区间信号自动控制课程设计报告
(5)轨道区段命名
除了X1LQG和S1LQG，其余轨道区段都用其防护的通过信号机的公里标命名，比如88163G（详见附图QJKS-01）。3.1.3反向进站预告标的设置
反向进站预告标分为3级，第一预告标设置在距离反向进站信号灯1100m处，第二预告标设置在距离反向进站信号灯1000m处，第三预告标设置在距离反向进站信号机900m处。
3.1.4站内叠加ZPW-2000闭环电码化补偿电容
根据通道参数并兼顾低道床电阻道床传输，选择电容器容量。使ZPW-2000电码化传输通道趋于阻性，保证ZPW-2000电码化具有良好传输性能，同时尽可能降低对原有站内轨道电路影响。
(1)设置原则
当电码化轨道长度超过300m时，必须设置电容补偿。(2)电容选择
1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz（含-
1、-2型）区段，电容容量分别为：55µF、50µF、46µF、40µF。
(3)设置方法
补偿电容按照等间距设置，其具体方法如下：
Δ=L（轨道电路长度）/Σ（电容个数）
式中 Σ——数量，Σ=N+A； 其中 N——百米位数，A——个位、十位数为0时为0，个位数不为0时为1；
Δ——等间距长度，轨道电路两端与第一个电容距离为Δ/2，安装允许误差±0.5m 3.2区间移频柜设备布置图
区间移频柜由零层组合和双套设置的衰耗盘，发送器，接收器组成。其各个设备的具体说明如下：
(1)移频柜零层有五个四柱电源端子板，从D1到D5，每块电源端子板对应四个熔断器（RDn，n=1、2、3……20），共二十个。因每个区段都需要两个熔断器分别提供给区段的发送器和接收器，因此对应区间信号平面布置图中显然需要2个移频柜。在区间移频柜中，单数的熔断器是10A的，双数的熔断器是5A的。
区间信号自动控制课程设计报告
(2)移频柜内有十个3×18柱端子板，用于区间移频柜内各种设备之间的配线。(3)每个移频柜有5个纵向组合，每个纵向组合放置两个闭塞分区的轨道电路设备(发送器、接收器、衰耗盘各两个)，由于轨道占用灯设置在衰耗盘上，只要将移频柜设备按照线路闭塞分区顺序放置在移频柜上，通过衰耗盘轨道占用灯红灯指示即可反映列车在线路上的行进情况。一个移频柜从左到右依次一层布置五个区段，两层共可布置十个区段。按照已经绘制的区间信号平面布置图上的区段名称和相应的载频，从左至右，依次配置。先配下行的五个闭塞分区，从88061G一直到88189G配置在上面一层。从88078G一直到88204G配在下面一层。填写配置表时不仅要填写轨道区段名称还要把每个轨道区段相应的载频也填上。因每个纵向组合的两个接收器采用成对双机并联运用，每一个组合由本接受主机和本组合另一接收并机两部分构成。由于发送器采用“N+1”冗余系统，因此要在移频组合内设置“+1FS”。如附图QJKS-02所示。
3.3区间综合柜设备布置图
区间综合柜共有10层，分别编号为0到9。其各层的具体说明如下：(1)1-4层为放置隔离变压器的位置，每个组合匣可放置6个。在我所画的区间综合柜设备布置图中从第1层开始放置的是上行轨道区段的隔离变压器，第3层放的是下行的隔离变压器，在填写隔离变压器时离去区段不设隔离变压器，填写时从左到右依次填写。1-4层中的RD1～RD6为断路器，均为1A。
(2)5-9层为站防雷和电缆模拟网络组匣，每个组匣可放置4个闭塞分区（JS和FS）的电缆模拟网络单元(8个ZPW.PML)。在填写时从第9层开始填写下行方向各轨道区段的FS和JS。如果第8层填满，那么依次填写第7层，从第5层开始填写上行方向各轨道区段的FS和JS。填满后依次填第6层。
(3)零层D1～D30为18柱端子板，按照已经绘制好区间信号设备平面布置图上的轨道区段名称，从左至右，按以上所说的方法依次配置综合柜。如附图QJKS-03所示。
3.4通过信号机点灯电路
在我设计的通过信号机点灯电路中，我设计的是一接近区段88089G的通过信号机的点灯电路。如附图QJKS-04所示。
设计中用到的继电器有QZFJ，DJ，2DJ，GJF，1GJ，2GJ。其中，GJF是一接近区段即88089G轨道继电器的复示继电器，1GJ是二接近区段即88103G轨道继电器的复示继电器，2GJ是三接近区段即88117G轨道继电器的复示继电器。
区间信号自动控制课程设计报告
用1GJ和2GJ来区分点黄灯、绿黄灯和绿灯。当本区段和二、三接近区段都是空闲时，GJF↑和1GJ↑、2GJ↑，则点绿灯。当本区段和二区段空闲，GJF↑和1GJ↑，三接近区段有车占用2GJ↓的情况下，点绿黄灯。在仅仅本区段空闲即GJF↑，而二接近区段占用即2GJ↓的情况下，则点黄灯。在本区段有车占用即GJF↓情况下，则点红灯。
各点灯电路的接通公式如下： 红灯：BBⅡ-3
—QZJF71-72—DJ1-2线圈—GJF31-33—H去线—H—H回线—GJF43-41—QZJF82-81—BBⅡ-4。
黄灯：BBⅡ-3—QZJF71-72—DJ1-2线圈—GJF31-32—1GJ31-33—1GJ53-51—U去线—U—U回线—1GJ43-41—GJF42-41—QZJF82-81—BBⅡ-4。
绿黄灯：
①黄灯：BB-3—QZJF71-72—2DJ1-2线圈—GJF51-52—2GJ51-53—1GJ52-51—U去线Ⅱ—U—U回线—2GJ43-41—1GJ42-41—GJF42-41—QZJF82-81—BBⅡ-4。②再点绿灯：BBⅡ-3—QZJF71-72—DJ1-2
线圈—GJF31-32—1GJ31-32—2GJ31-33—2DJ31-322—L去线—L—L—回线—2DJ42-41—2GJ43-41—1GJ42-41—GJF42-41—QZJF82-81—BBⅡ-4。
绿灯：BBⅡ-3—QZJF71-72—DJ1-2线圈—GJF31-32—1GJ31-32—2GJ31-32—L去线—L—L回线—2GJ42-41—1GJ42-41—GJF42-41—QZJF82-81—BBⅡ-4。
4总结
通过本次课程设计我完成了区间四张图的绘制，在对每一张图进行规划和布置的时候都用到相关AutoCAD的知识，因此对于所学的知识有了一定的巩固，最重要的是第一次把学到的知识运用到实际中去，并能更加熟练的使用CAD绘图。通过本次课程设计对于区间信号自动控制的相关知识有更进一步的理解，在这次的课程设计中，我意识到了设计中有很多平时课程中没有遇到的问题，当遇到这些问题时，更多的是需要请教老师和同学，还有自己翻看课本，不要害怕困难，而是要知难而进，这样才能对提升自我，升华自我。最后，在经过了五次答疑，和大家下来的努力后，这次区间课程设计结束了，相信通过这次课程设计，我们在今后的学习和工作中都能得到更多的经验，为今后的发展打下良好的基础。
区间信号自动控制课程设计报告
附图一：K14站信号平面布置图 附图二：区间移频柜设备布置图 附图三：区间综合柜设备布置图 附图四：
地铁车载信号系统浅析 篇6
【关键词】地铁;信号系统;ATP;驾驶
车载信号系统是地铁控制系统的核心部分，对于列车的安全运行有着十分重要的意义。车载信号系统是一个十分复杂的系统，具备多种功能，组成信号系统的模块分工明确，各個设备模块各司其责。从最早期的音频控制到现在的数字电路控制，信号系统的发展经历了多个阶段，未来的发展趋势是通信系统被更加深入地运用到信号系统之中，并且会往无人式ATO方式和更加集成化、综合化方向发展。随着地铁车载信号系统的不断发展和完善，为地铁的长期安全运行提供了更为可靠的保障。
1.地铁车载信号系统概述
作为地铁控制系统的核心部分，地铁车载信号系统的发展之路是从最开始的固定闭塞方式到现在的移动闭塞方式，现今使用最为广泛的是基于数字轨道的ATC系统。ATC子系统分为不同的子模块，负责不同的功能，能够基本满足当今较大的客流量的要求，今后它将朝着更加智能、更加集成化的方向发展。
2.地铁车载信号系统构成和设备模块
2.1 系统组成
以广州地铁为例，其采用的是德国西门子公司的ATC系统，为了节约成本，并非所有设备都从国外采购，有些器材譬如信号机、电缆、中文继电器机柜等设备直接采用国内的优质设备。地铁车载信号系统一般有ATP子系统（自动列车保护系统）、ATO子系统（自动列车驾驶系统）、SICAS系统（西门子计算机辅助信号系统）等。
ATP（Automatic Train Protection）子系统是信号系统的核心部分。其任务为正确接收控制系统发出的限速命令，并通过清晰可靠的显示手段将命令显示出来，显示的同时确保列车运行在命令所固定的速度之下。ATP子系统设置了主模块和副模块来实现超速防护、制动保证以及车门控制等功能，两个模块互为补充。
ATO（Automatic Train Operation）子系统顾名思义可以替代人工进行智能化的地铁驾驶控制，实现驾驶中的平稳加速、车速自动调整和到站停车。
SICAS（SIEMENS Computer-Aided Signaling）是西门子计算机辅助信号系统的简称，是在SIMIMT原则的故障—安全原则之上的安全系统。其运行的结果是一旦系统发生了软件或者硬件的未知故障，系统能够自动进入一种预先已知的安全状态。该系统在经过了广泛验证和成熟运行之后，它的现代化设计和对于安全数字总线的准确使用，使得连锁系统的总量达到最小。
2.2 设备模块
车载ATP设备所采用的结构是三取二式，能够完成车头车尾自动换向功能。每列车的设备模块包含有：
（1）CC机架：在开放的支架盒里安装CC机架，每个CC机架包括ATP/ATO机箱和连接面板。
（2）应答机读取器：转向架上的应答机读取器自动关联车载控制器，共享诊断信息。
（3）速度传感器：利用数字脉冲硬件计数器来确定周期转数，得到车速。
（4）车载通信网络：移动通信系统和天线是通信网络基本组成部分。
（5）TOD司机操作设备：TOD提供驾驶员和列车控制系统的人机交互界面。
（6）加速度计：加速度计用来检测列车是否发生打滑和空转现象。
ATO系统在车载设备的使用上与ATP系统硬件设备是通用的，没有单独的设备，但是CPU是独立的。车载ATO设备的主备冗余，一旦主ATO单元发生故障，备用ATO自动切换。每列车上有2套CC，一套在头车，另一套在尾车。每一CC包括2个独立的ATO模块（主用/备用），运行CC的主ATO控制动力系统和制动系统。
ATP和ATO软件开发语言为C语言和Pascal，印制在同一块电路板之上。每个CCTE包含ATP、VO、ME和CPL模块各一个。
3.地铁车载信号系统功能
音频轨道是早期地铁系统的运行基础，但是城市的发展使得客流量不断增大，音频技术的信息量、可靠性和抗干扰性无法达到密集人群的使用需求。因此，报文式数字轨道取代了音频轨道，一般而言，报文式数字轨道具备如下系统功能。
3.1 车载ATP功能
ATP功能是强制系统安全工作，保障故障安全。列车的道岔关联、占用情况、行驶速度、追踪间隔、信号灯显示和进路安全等动作都会由ATP系统进行检查和控制。对于车门的监督、折返的确定等都在ATP功能的范畴之内。
轨旁ATP和车载ATP是两种常见的ATP形式。轨旁ATP的计算机控制系统得到轨道占用情况、最大运行速度等参数之后实时得出安全行车最小间隔，从联锁计算机等其他系统中接收命令参数之后，生成报文通过ATP天线发送出去。报文的内容包括距离速度、轨道停车等保证安全的数据。车载ATP的组成部分则是车载控制器、编码里程计、信标天线等相关外围设备。编码里程计向计算机传送出距离脉冲，车载控制器根据脉冲数据计算出地铁的实际行驶速度，再结合信标天线对接收到的报文数据进行监督，例如紧急停车、停车地点等，再把距离速度等参数送达驾驶室，供驾驶员参考。
3.2 车载ATO功能
车载ATO功能主要是指智能运行、到站停车、折返控制、车门自动开关和掌握停车时间等功能。在现代化技术的发展之下，ATO功能已经和ATP功能在设备上逐渐融合。从概念上理解ATO功能，可以分为轨旁ATO和车载ATO两种。现阶段地铁所采用的ATO功能是对列车的驾驶员行驶进行防护和辅助，列车在得到线路状况等参数之后，根据列车自身的特点和轨道坡度等即时计算得出最高效的运行路线，由驾驶员在该功能下负责启动，在信号设备产生故障时改为人工驾驶。
4.地铁运行模式
信号系统经过的长期的发展，从控制系统角度而言地铁都有着连续列车控制、点式列车控制以及联锁列车控制等不同等级。在实际中，从列车本身而言通常将列车运行状态分为如下几种。
4.1 自动驾驶
自动驾驶模式ATO是正常的操作模式，在该模式下，司机的操作简化为启动和开关车门，同时超速防护系统也会在该模式下启动。列车超速时，ATP子系统会在极短时间内发送指令给ATO系统，随后牵引电流被断开，全制动被启用。
4.2 人工驾驶
人工驾驶模式一般属于ATC系统的备用操作模式。在该模式之下，列车驾驶员在ATP子系统的监护之下完成地铁列车的基本操作如启动、定点停车等。
4.3 后退模式
当方向手柄处于“后退”位置时，列车运行后退模式开始启用。在该模式之下，驾驶员能够手动操作地铁列车后向行驶，超速防护仍然在监控当中，车速一般在5公里/小时之下。
5.发展趋势
未来地铁车载信号系统的发展趋势主要有三个方向：第一，通信网络在车载信号系统有更加广泛而深入的运用，在该趋势之下，用通信作为底层基础的AATC系统发展起来;第二，随着通信安全性和可靠性的发展、通信技术的提高和通信方式的改进，现阶段采用的站内的ATO方式即将被全路程无人ATO方式取代;第三，随着更加先进的下一代网络技术的发展和计算机计算能力的提高，单车之内的ATS系统正在慢慢向着多车、大规模的综合集成地铁控制方向靠近和发展。
参考文献
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[2]丁玉波.关于地铁信号系统安全的具体分析[J].民营科技，2012，02：11.
自动化信号检测系统 篇7
关键词：地铁信号系统,自动控制,功能分析
近年来,我国城市轨道交通获得长足发展,线路长度、机车客运数量指标大幅增长,我国已成为世界最大的城市轨道交通建设市场,使得地铁信号系统的发展在现阶段也是十分可观的。传统的封闭式信号模式在当前已经逐渐的发展成为了移动闭塞模式,但由于我国的信号系统要求比较高,因此在自动控制功能上也提出了更高的要求。下面将对地铁信号系统自动控制功能进行详细的讨论。
1 地铁信号系统自动控制技术
地铁信号系统中融合了自动控制技术不仅能促使地铁运行的安全性得到提升,同时也兼顾了灵活性和便捷性等优质特点。为了能促使自动控制技术在地铁信号系统中发挥出最大的作用,要求地铁信号系统中一定要兼顾以下几点功能:(1)列车自动驾驶系统。这项系统的应用主要是为了实现列车的动态调整,同时能实现列车的定点停车,在每站之间能进行自动运行[1]。(2)列车自动监督系统。该系统的功能应用主要为能自动生成列车时刻表,并对全线运行的列车进行动态监督,保证列车能在规定的时间内达到每站,实现正点运行。(3)列车自动防护系统。该系统主要实现的是列车的定位和追踪,并且促使列车停靠位置能得到保障。以上的所有列车自动驾驶系统、监督系统以及防护系统构成了地铁信号的自动控制系统。当前阶段由于科学技术和计算机网络技术的快速发展已经在地铁系统中引入了全面的计算机联锁装置,给系统的整体性和有效性提供了极大的便利和保障,更促使信号的抗干扰能力得到了提升。
2 地铁信号系统自动控制基本功能
2.1 列车自动监控子系统功能
在地铁信号系统自动控制系统中的自动监控子系统主要负责的是对列车的运行实际情况进行自动性的监控和调整,主要包含了以下几点功能:(1)对列车的识别功能,当列车驶入到一定的范围内会对列车的车次、运行方向等进行进一步的明确,从而为专业人员提供一定的资料保障。(2)列车的追踪功能。在列车的自动监控子系统当中可以根据车的位置和操作人员所发出的请求来完成列车的创建和删除等操作。(3)自动排路功能。在该子系统当中能为车辆提供运行的线路,根据目的地来进行车辆的定点停靠,为列车的正常运行提供便利性。(4)列车自动调整功能。所谓自动调整就是指在列车的正常运行过程中时刻表能自动的根据列车运行进行运动,将列车与时刻表之间的差值控制在最小范围内。(5)列车时刻表的管理功能。在列车的运行过程中管理人员需要通过编辑的方式对列车时刻表进行管理,并且在自动监控系统中能提供在时刻表中所增加的车次等在线调整功能。
2.2 防护子系统功能
在防护子系统功能当中,主要目的是为了促使列车的运行能更加安全可靠,当中主要包含了以下几种基本功能:(1)列车的定位功能。通过列车的速度和距离以及运行线路等进行列车的定位分析,明确其位置的安全性与否,为列车和乘客提供进一步的安全保障[2]。(2)追踪系统。在追踪系统中能根据列车所报告的位置来找到列车具体的地点。(3)列车速度校正功能。列车在运行的过程中会出现低速或者高速运行的现象,等列车中的传感器感受到了这样的的速度问题就会自动的进行提醒,保证列车运行速度能控制在合理的范围之内。(4)停车位置定位功能。停车的过程中能保证运行的速度下降,并与已经授权过的位置之间进行合理的匹配,将车辆运行到定点位置以后才真正的停靠。(5)防溜车功能。车在站台的停车位置上车辆一定要保持静止的状态。如果车辆系统检测到了列车出现物理性的位置移动,那么就会自动的采取紧急制动功能,保证车辆不出现溜车的问题。
2.3 自动驾驶功能
所谓自动驾驶功能主要指的是在车辆的正常运行轨迹中不需要人为控制进行驾驶,而是通过自动导航驾驶的方式保证列车运行到指定位置。但同时当中也包含了一定的附加功能,主要有:(1)自动运行功能,也就是前面所说的控制列车根据轨迹运行来自动运行,并将减速和停车等进行合理的控制。(2)精确停车功能,在自动驾驶的帮助下车辆能实现自动的精确位置停靠[3]。(3)在线监控功能,在线监控功能能为列车的运行提供精确的监控保障,实施全民监控。(4)节能调节功能。这项功能的实现主要是为列车运行中子系统根据高峰和非高峰时期的运行时间段来进行运行服务的调整,在保证服务质量的前提下采取适宜的速度和曲线,促使乘客能感受到一定的舒适性。
3 地铁信号系统自动控制的体现
列车在自动驾驶功能和自动防护功能的保障下能进入到自动驾驶环境中去。同时在列车的启动、运行和加速等环节中系统并不会由人为的动作进行控制,会保持在一个稳定的模式下持续运行[4]。其次是限制性的人工驾驶模式体现。所谓限制人工驾驶模式主要是一种降级的驾驶模式。列车在运行过程中仍然有着比较高的限速控制。在这样的模式条件下列车的驾驶人员只需要根据限速显示进行驾驶即可,可以随意的转换成为正常的驾驶模式。
列车在行驶的过程中会受到自动监控系统的监督,在这种情况下系统会提供包括防止车辆超速或者间隔防护等多种功能。司机能根据地面上的信号提示来进行列车的速度控制。在车载控制器允许的条件下,站台停车精度以及车门安全等都是由司机来进行直接的人为控制。
此外还有非限制人工列车驾驶模式,这当中也充分的体现了地铁信号的自动控制能力。非限制人工列车的驾驶中需要切断车载控制器输出,司机可以根据地面信号和调度命令来对驾驶的列车进行控制[5]。列车在运行的过程中列车安全以及人员调度等都是由人工进行控制的,当从其他的模式切换到这种模式的时候需要列车停车进行调整,否则会导致列车电路紧急制动。
4 结语
随着近年来科学技术和信息技术的快速发展,地铁信号系统的自动控制系统也将得到更好的发展和提升。在未来的发展中首先自动控制功能会向高度的集成化和综合性方向发展,实现轨道交通的进一步管理和监控。其次会向全面无人化驾驶方向发展,通过信号方式直接的控制列车运行轨迹,减少人员压力,提升社会的经济效益。此外还会进一步的向线路交互方向发展,为地铁的灵活运行和调度提供基础性的保障。现阶段在地铁信号系统的自动控制功能上仍然存在着一定的欠缺,对此还需要进一步的进行深入研究,争取为我国的轨道交通事业发展做出更大的贡献。
参考文献
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自动化信号检测系统 篇8
在非合作卫星通信侦察背景下,对目标频段内信号进行自动检测是实现卫星频谱态势感知、频谱管控、信号情报侦察、通信对抗的关键技术。
卫星信号检测包含2个研究方向,第一,在低信噪比条件下,检测接收带宽内是否有信号存在[1,2,3];第二,对接收带宽内[4,5]的多个信号[6]分别进行检测并分离[7,8]。本文从第二个方向展开研究,由于卫星信号自动检测涉及第三方盲侦察,因此研究该问题的公开文献较少。文献[6]提出了一类利用小波变换进行卫星信号检测的方法。其思路是,在宽带信号功率谱上利用小波变换进行奇异点检测,提取信号频率分量与噪声频率分量的分界点。该方法存在以下3个问题,第一,小波尺度的选择依赖于频率分辨率,并且当宽带信号与窄带信号并存时,小波尺度选择面临困难;第二,由于观测信号长度、噪声等影响,信号功率谱具有起伏特征,因而产生很多虚假奇异点;第三,小波变换系数在奇异点处会出现峰值,需要设定峰值检测门限,当门限设定不合适时,严重影响检测性能。
针对上述问题,提出一种新的宽频带卫星信号自动检测方法。首先,利用经验模式分解(EMD)在提取信号趋势分量方面的优势,对信号功率谱进行平滑,以凸显信号的频率分量,EMD的优势在于该方法完全由数据驱动,不涉及参数选择问题,适用于第三方盲侦察;其次,与传统信号检测使用单一门限不同,本文基于对典型卫星通信信号功率谱特征的分析结果,将信号检测任务由多个门限联合实现,以弱化单一检测门限对性能的影响;最后,本方法使用的多个检测门限的取值由数据驱动,可使检测算法更好地适应不同的数据。
1 信号模型
接收滤波器输出为:
式中,si(t)为第i个基带卫星信号,fi为其载频,M为接收信号带宽内包含的信号个数,n(t)为高斯白噪声。si(t)可表示如下:
其中,Iik为发送码元,gi(t)为脉冲成形滤波器,Ti为码元周期。由于卫星信道是典型非线性信道,信号包络的起伏在卫星信道中会引起频谱扩展和相位失真,因此卫星通信通常采用包络恒定的PSK调制方式[8]。
根据维纳欣钦定理[10],即广义平稳过程的功率谱密度为其自相关函数的傅里叶变换。由式(2)可得到基带卫星信号si(t)的功率谱密度表达式:
其中,为发送码元的相关函数,Gi(f)为脉冲成形滤波器gi(t)的傅里叶变换。当发送码元序列统计独立时,即:
此时基带卫星信号si(t)的功率谱密度为:
从式(5)看出,当发送码元统计独立时,卫星基带信号的功率谱密度完全由脉冲成形滤波器决定。假设脉冲成形滤波器满足奈奎斯特准则[10],即,∑uSi(f+u/Ti)=Ti,并且发送与接收滤波器相同,则有Si(f)等价于升余弦函数[10],即:
式中,βi为滚降系数,取值范围为0~1。从式(6)可以得到关于Si(f)的2个性质。
性质1:Si(f)满足对称性,即对于任意a,有;(证明略);
性质2:若Si(|a|)>Si(|b|),则有|a|<|b|。
证明:反证法,若a≥b,则有
对于式(7)的第4种情况,当时,有;又因为cosθ在区间θ∈[0,π]内单调递减,并且,因此,
2 问题描述
式(1)所示接收信号y(t)的功率谱密度为Y(f)=∑Mi=1Si(f-fi)+N0,其中N0为高斯白噪声的功率谱密度,假定各个信号的功率谱Si(f-fi),i=1,…,M在频率轴无重叠部分。信号检测问题可描述为,通过预先设定的检测门限t',确定每个信号的中心频率fi(i=1,…,M)与带宽Bi(i=1,…,M)。即在给定检测门限t'条件下有:
式中,fi为第i个信号的中心频率,Bi为第i个信号的带宽。
在式(8)所示的信号检测问题中,检测门限t'的选择决定信号检测的性能。当接收信号带宽较宽(>60 MHz)时可能包含2个转发器信号,此时由于噪声底不平坦(N0不为常数),确定检测门限t'的取值较为困难。另外,上述信号检测问题仅从信号功率大于噪声功率的角度进行信号检测,并未考虑卫星信号功率谱密度所具有的特性,如前述的性质1与性质2。下面从上述2个性质出发提出一种卫星信号检测问题新的描述方法。
现有K个判决门限tk(k=1,…,K),且tK<…<t2<t1。当满足式(9)、式(10)和式(11)3个条件时,区间内的频率分量检测为第i个信号。
本文利用分集的思想,引入多个判决门限弱化单个门限在信号检测过程中的作用;并且,求多个门限与接收信号功率谱密度Y(f)的交点的目的是,将前述性质1和性质2引入信号检测过程。在式(9)所示条件1中,表示接收信号功率谱密度Y(f)与第k个门限tk的交点,并且,由于前面假设各个信号分量功率谱密度Si(f-fi)不存在重叠部分,因此也可认为是Si(f-fi)与第k个门限tk的交点,另外,根据式(5)所示Si(f-fi)的功率谱密度可知,门限与Si(f-fi)只有两个交点;式(10)所示条件2与式(11)所示条件3分别由前述性质1和性质2得到。
3 算法流程
根据上述信号检测问题描述,下面提出一种新的宽频带卫星信号检测方法。从前述信号检测问题描述(9-10)中发现,确定检测门限与信号功率谱的交点是实现信号检测的关键。受噪声和观测数据长度等因素的影响,观测数据的功率谱估计中含有较多高频分量,此时判决门限与信号功率谱的交点有多个,无法根据前述信号检测问题的描述构造检测方法。因此首要解决的问题是对功率谱进行去噪,得到一个相对平滑的功率谱。
本文采用经验模式分解(EMD)的思想对功率谱进行平滑滤波。EMD根据信号的局部特征时间尺度进行分解,其基函数由数据驱动产生,无需涉及滤波器参数,因此在信号分析中弱化人为因素影响,是一种完全由数据驱动的信号分析方法[9]。EMD分解的简要思路为,步骤1,将观测数据的功率谱估计记为,求的局部极大值序列和局部极小值序列并分别进行内插,结果记为与,对与进行平均得到;步骤2,若满足固态模式函数(IMF)的条件[9],则与分别被定义为IMF和余量,否则对继续执行步骤1,直到满足IMF定义;步骤3,对余量重复步骤1与步骤2,直到余量为单调函数或常数时,停止分解。
经EMD分解后得到有限个IMF,阶数较小的IMF以噪声分量为主,而阶数较高的IMF以信号分量为主。根据EMD进行去噪,本质是选择一个分解阶数d,当进行d次EMD分解后,余项中包含的信息主要为信号趋势信息。
为了减少计算量,本文对EMD分解过程进行简化,步骤1,将观测数据的功率谱估计记为,求的局部极大值序列和局部极小值序列并分别进行内插,结果记为与,对与进行平均得到
算法流程:
(1)对功率谱进行平滑去噪,得到;
(2)在接收机通带范围内,f∈[ξ,η],计算功率谱密度的直方图,并将第一个区间的中心作为区分噪声与信号的初始门限t0;
(3)确定的交点,将交点对应的频率值记为{[ξq,ηq],q=1,…,Q},ξq表示在功率谱上升沿的交点对应的频率值,而ηq表示在功率谱下降沿的交点对应的频率值,并且ξq与ηq之间无其他交点,将该二者称作一对“交点对”;
(4)对于每一组交点对[ξq,ηq],q=1,…,Q,在区间
(5)确定检测门限{tq1,tq2,…,tq Kq|tq Kq<…<tq2<tq1}与的交点,交点对应的频率值组成集合,其中为第p组交点对,p=1,…,Pq;
(6)对于q=1,…,Q,在集合Cq中选若干组交点对构成Mq个子集合,记为,若集合Uqm中的交点对满足如下两个条件,则区间内存在信号。
条件1:
条件2:
上述检测方法的思路及所涉及的参数如图1所示。需要说明的是,算法流程(3)中,在确定初始门限与平滑后信号功率谱的交点对后,必须对交点对进行筛选,将功率谱密度较小的交点对去除。一种方法是,若交点对频率范围内功率谱密度的均值大于某一阈值,则该交点对通过筛选。该阈值反映了本文提出的检测算法对待检测信号应具有的最低信噪比,通常该阈值取值为1~3 d B。
下面对本方法的计算复杂度进行分析,计算功率谱密度的快速傅里叶变换(FFT)点数为W,对功率谱进行d次平滑的计算复杂度为O(d W);确定t0与交点的计算复杂度为O(W);对于q=1,…,Q,确定检测门限{tq1,tq2,…,tq Kq|tq Kq<…<tq2<tq1}与的交点的计算复杂度最大值为O(W);并且在集合Cq中选取若干组交点对构成Mq个子集合满足条件1与条件2的计算复杂度为,其中Cq表示集合|Cq|中元素的个数。实验结果表明,当FFT点数为128 K时,在个人电脑上用Matlab软件1.3 s左右完成信号检测。
4 实验结果
本实验利用在非合作条件下侦收的卫星信号对检测算法进行性能分析。接收带宽为20~40 MHz,采样频率为200 MHz,用于信号检测的样本点数目为1 M,计算FFT时使用的点数为128 K,频谱分辨率为1.525 9 k Hz。在实际应用中,可以根据待检测信号的最小带宽来决定频谱分辨率与FFT点数。对功率谱利用EMD进行平滑的次数d与待检测信号带宽以及频谱分辨率有关,一般地,当频谱分辨率值减小时,应增大d的取值,反之亦然。在上述频率分辨率条件下,通常选为3或4;
对3颗Ku频段卫星采集的245个信号进行检测,被检测信号的带宽从80 k Hz~10 MHz,其中正确检测信号224个,检测正确率为91.4%;漏检21个信号,虚警10个信号。
图2给出了本检测方法对噪声底不平坦条件下信号的检测结果,信号1~4与信号5~6的噪声底不同,但本方法可以同时将二者准确的被检测出来;另外,本方法对发送数据具有较强周期性或扩频信号也具有较强的检测能力。该类信号由于周期性存在,通常功率谱上具有多个等间距的谱线存在,此类信号若仅从功率的角度进行检测,容易被识别为多个窄带信号,而本算法利用平滑滤波操作,可以很好地解决该问题,但存在的问题是平滑后功率谱的信噪比下降较大。
周期性信号检测性能如图3所示。
5 结束语
通过对卫星通信信号功率谱进行分析,得到2个性质;将它们作为区分信号与噪声的特征,从理论上提出一种多门限联合的卫星信号检测方法。并且在算法实现流程中,利用经验模式分解(EMD)在提取信号趋势分量方面的优势,对接收带宽内信号的功率谱进行平滑。本文提出的信号检测方法弱化单一门限对最终检测结果的影响,检测门限的设置由数据驱动,进而增加检测算法对不同数据的鲁棒性,并且算法复杂度适中。
参考文献
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自动化信号检测系统 篇9
作为重要的宣传工具, 广播电视台一直肩负着宣传党和国家政策的重要使命。广播电视播出的质量优劣, 直接关系了党的政策宣传与贯彻落实。故此, 对播出质量进行检测非常关键。对于安全播出而言, 不停播是基本要求, 更高一点的要求则是要使播出质量得到确保, 确保播出信号的准确。
1. 系统设计概述
随着时代的变化与发展, 广播电视技术也取得了相应的发展, 对广播电视发射台的管理水平提出了更高的要求, 也对电视台的工作人员提出了更高的挑战。当前, 广播电视台发射台的播出节目范围较广, 主要有以下几方面的传输业务:第一是调频广播, 第二是模拟电视, 第三是数字电视, 第四是手机电视等。在广播电视的播出过程中, 出现重大灾害发生的概率较低, 在平时工作中, 所面对的大多数都是因为受到技术故障的影响, 而产生的播出事故。相关的统计数据研究表明, 90%的原因是因为受到技术故障的影响, 从而导致播出的中断, 或者是传输指标的下降。所以, 在安全播出的工作中, 关键还是要加强播出监测工作。若是没有配置信源备份, 那么一旦出现危及安全播出的隐患时, 就难以快速地启动应急预案来进行处理, 也难以通过事故记录来对其进行查看与分析。所以, 对播出监测进行完善, 是促使安全播出得以圆满完成的关键性措施。
2. 系统的结构以及功能
在播出控制系统中, 播出环节主要分为以下几个环节:第一是信源, 第二是切换, 第三是播出, 一定要对播出链路中的每一个信号节点进行监测, 帮助工作人员对一些威胁安全播出的隐患进行排除。一旦出现播出故障, 能够迅速及时地进行处理, 使其恢复播出。
在播出控制系统中, 主要分四个部分来进行设计, 第一个部分是信源部分, 完成广播、电视节目信源的接收, 当信号需要切换时, 为其提供较为稳定的信号源, 并且为监测提供链接数据。第二个部分是信源切换部分, 完成信源的切换以及调度功能, 为发射机提供相应的信号源。第三个部分是播出监测, 当发射机输出射频信号时, 完成对其的空间接收, 并且为监测提供关键的链接数据。第四个部分是综合管理部分, 主要包含以下几个功能:信号切换控制、电视多画面分割、音频监测、设备监测、监听控制。通过管理服务器对各节点的设备工作参数进行监测, 对系统出现的紧急情况进行处理, 对影响播出危害的隐患进行清除。
3. 各子系统设计的实现
3.1 信源系统
通常在广播电视发射台中, 其信号源主要分为以下三类信号:第一是卫星信号, 第二是光纤信号, 第三是微波或者有线电视信号。我台作为国家广电总局规定的一类台站, 在信号源部分采用三路信号互为主备的方式, 为进一步增加系统稳定性信号, 主用信号采用SDH环网光纤信号, 信号链路采用拓扑结构, 在省广电局控制机房、彩电中心以及其他相关台站进行链路, 任意节点间光纤故障, 均不影响信号传输, 备用信号采用微波信号, 通过彩电中心和发射机房之间的点对点传输, 极大地减少了信号的故障率, 为进一步增强系统的可靠性, 我们采用备用光纤信号作为第三路信号, 第三路信号传输路径和主用信号一致, 但前端编码器和发射机房适配以及解码装置都是独立应用的, 这样三路信号源为并联结构, 将设备的故障率进一步降低。
3.2 信源调度切换系统
在发射台常见的信号切换系统中, 多采用电视矩阵切换系统, 发射机房值机人员发现信号静帧或者信号故障时候手动对电视节目信源进行切换与调度, 我台在新系统的设计中, 对信号的前端采用ASI码流检测, 当图像码流出现静帧或者故障, 系统可以自动采集到故障信息并切换到备路信号播出。同时为了进一步保证安全播出, 在电视的模拟信号部分增加了视音分单元, 三路信号任何一路故障也可以通过视音分进行手动和自动切换。
3.3 播出监视系统
为了对播出质量进行更好的监控, 就需要对播出信号进行信号接收监测, 接收设备需要具备双路输出接口, 将图像送入电视墙画面, 利用其分割处理系统进行处理, 将伴音送入音频监测处理系统, 完成对播出的切换以及监听。
3.4 综合管理处理系统
3.4.1 自台监控系统
播控中心自台监控系统应该要包含以下两种监控, 第一是播出监控、第二是台区环境监控。
台区监控是通过以下几种智能探头构建监控系统, 第一是200万高清摄像机, 第二是感温智能探头, 第三是感烟智能探头。
在播出监控方面, 要做好对各个环节的监控。通过管理服务器, 来对设备的工作参数进行巡检, 对系统出现的故障隐患进行处理, 以减少对播出的影响。为了方便操作, 也为了便于维护, 将设备控制面板等设备放在播控台上, 设备主机放在信源机柜当中。播控台由许多的设备所构成:信号流程、音视音分切换单元、视频监控客户端等。
信源机柜由以下几种设备所组成:多画面监控矩阵主机、管理服务器、画面分割、码流监测系统。在这当中, 画面分割器是将许多个图像按照同样的比例, 将其视音频信号进行压缩, 然后再转成HDMI或者VGA信号, 最后输出至电视墙实时监看, 从而实现一个屏幕能够对多路信号进行监视, 对任何一个节点的故障判断一目了然。
在我台工程案例当中, 没有选择比较流行的16路监控主机, 而是采用北京博汇专门开发的视音频检测软件, 画面采用25分割大屏, 从五套模拟信号的三路信源输入、视音分切换以及发射极开路检测都进行实时监测, 同时系统具备故障告警提示和故障慢录功能, 一旦信源或者发射机部分故障都能实时反映及时切换, 并将数据压缩保存至数据库, 便于日后查找。
经应用验证, 此系统满足我台作为一级台站在安全播出方面的需求, 尤其是对视频信号画面分割的需求, 还满足视频信号报警功能, 视频质量诊断系统, 其可以对视频的码流进行解码, 并可以对图像质量进行评估, 对视频信号中存在的以下几种异常问题进行判断及告警:第一是清晰度异常, 第二是亮度异常, 第三是偏色, 第四是噪声干扰, 第五是画面静帧, 第六是信号丢失。
此外该系统还能通过局域网实行远程访问, 对播出的质量进行查看, 能够促使技术人员进行远程监测, 或者对值班人员起到协助的作用, 对他们处理播出事故进行协助分析的作用。实时录像为播出事故进行了调查的可能, 方便技术人员通过录像对事故发生的原因进行分析与调查, 从而进行及时的处理。
3.4.2 电视墙
控制室的电视墙有以下几方面的显示功能:信源码流监测显示、播出节目图像监测、安防监控画面、安全播出预警信息显示系统等。为了减少成本投入, 我们对系统的25分割大屏进行整合, 利用四块屏幕进行直观显示, 安全播出预警采用专门的LED屏幕显示, 信号流程图和机房温度监测以及发射机数据进行融合, 在一块屏幕上显示, 最大程度保证了建设成本的节约。
3.4.3 音频监听部分
在播控系统中, 监听监看是其中的必备功能, 也是提高节目质量的重要手段。故此, 在对调频节目的监测上, 我们预留了电视监测大屏作为调频检测用, 借鉴了电视的信号流程图, 将调频前端的解码器输出、三选一、音分和发射机的功率等数据融合在流程图中, 同时将调频节目的信号源和传输节点部分的信号用柱状表形式实时反映在大屏上, 一旦任何一路信号故障在柱状表、流程图上都会有直观的图像告警, 同时系统还会有声音告警提示, 我台的调频监测系统由后台的服务器实现。
结语
本次改造完成之后, 使播出信号的稳定性有所提升, 工作人员能够对突发事故进行及时的处理, 另一方面能够使我台的播出进行监测, 实现对电源、信源、发射机等数据的全面监测, 并可以对相应的数据进行记录, 极大地提升了安全播出的保障率。但随着地面数字化电视的展开, 相信马上新的监测技术和手段会不断涌现, 结合互联网云数据分析的新的监测手段也许会给我们新的启发, 但万变不离其宗, 作为发射机房的工作人员, 掌握信号传输的传输路径, 始终筑牢确保安全播出的心理防线才是我们做好工作的关键。
参考文献
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[5]张勇.广播电视发射台全自动播出监控系统的设计与应用[J].新闻研究导刊, 2016 (17) :337.
自动化信号检测系统 篇10
病历材料是以文字、图像、数据等内容来证明某种医疗行为事实的依据, 属于书证的一种。病历材料的内容不仅能证明该医疗行为事实, 而且能够直接证明该医疗行为的主要事实, 具有很强的针对性。其内容是在医院诊疗过程中形成的文字, 检查结果, 医生所下的医嘱, 包括文字、影像资料, 各种图表, 医嘱, 病人对病情的陈述, 是病人在诊疗过程中病情发展的客观记录, 具有很高的学术价值, 对于病人的今后治疗、健康有很强的参考意义。同时它又是一种法律文书, 在医疗纠纷诉讼中, 病历资料既可证明医患之间诊疗关系的客观存在, 又可证明整个医疗行为的客观过程。由于医疗活动是按照时间顺序发生, 并且依照2010 年1 月22 日实施的《病历书写基本规范》要求, 医务人员在医疗活动过程中形成的文字、符号、图表、影像、切片等资料的总和, 包括门 (急) 诊病历和住院病历都要保存下来形成病案。而且其对以后该病患的治疗方案及治疗效果有十分重要的指导作用。为了更好的保存这些病历材料, 必须有一套完整系统来管理它。
各医院都非常重视各类档案的保管和利用, 在档案术语、档案分类、科学保管、档案利用、价值分析、风险控制及合法合规管理等各个方面, 都建立了相关的制度, 形成了健全的档案管理体系。设立了专门的档案管理部门, 配备档案管理的专业人员, 负责制定档案管理制度、监督制度执行情况等工作。
本文主要以纸质病案系统的管理为例, 设计了一个计算机系统以加强纸质档案的系统管理, 使用标准的浏览器包括WIFI无线手持终端接入IE、Google Chrome等主流浏览器就可以自助完成所有的档案存储、提取、密码修改动作, 涵盖了对纸质病案的查询、保管、借阅等实际工作需要的功能。本系统对提高病历检索效率、完善病历保管功能、满足医生对病人治疗方案的查询、提高医疗水平、全面掌握患者的健康情况具有积极的意义。
1 自动信号技术简介
自动信号指示病历管理系统 (简称信号系统) 涉及的技术主要分为服务器端与单片机端。服务器端使用较为流行的B/S模式, 后台数据库采用微软的SQLserver2000 (是一款较老的关系型数据库) 。单片机端使用台湾宏晶科技的STC89C58RD+CPU, 这款单片机使用高速COMS技术工作主频40mhz, 兼容80C51 的指令集, 具有功耗低速度高等特点, 是一款较为成熟的单片机。链路层使用RTL8019AS以太网控制器。它是由台湾Realtek瑞昱公司出的一款高集成度的以太网控制芯片, 具有8/16 位总线模式, 集成了IEEE802.3 协议标准的介质访问控制子层 (MAC) 和物理层的性能, 内置的双DMA通道和FIFO完成简单有效的包管理 (数据帧的接收和发送) 功能, 本地DMA通道的传输速率高达10Mbit/s, 与NE2000 相兼容, 支持以太网全双工通信方式, 支持UTP, AUI和BNC自动检测, 支持16 条I/O基本地址选项和额外I/O地址输入输出完全解码方式, 支持存储器瞬时读写, 收发可同时达到10Mbps的速率, 内置16KB的SRAM, 可以方便的与微处理器进行连接。
2 自动信号指示档案管理系统的设计
2.1网络设计
系统网络设计如图1 所示。局域网和广域网用户直接访问WEB服务器, 通过用户认证进入咨询系统。系统需要配置1 台WEB服务器和1 台数据库服务器。最优配置是把数据库服务器再分为数据库服务器和报表服务器, 或把报表服务器部署在WEB服务器上。为节省成本我们在数据量不大的情况下可以合并数据库服务和WEB服务。使用星型网络拓扑结构。如不连接Internet可以使用交换机担任中心节点。如连接外网可使用路由器。
2.2 软件系统目标设计
系统采用B/S架构设计, 利用Visual Studio 2005 作为开发平台, 使用ASP.NET进行WEB页面开发, 利用C# 作为后台程序开发语言, 利用SQL Server 2005 作为数据库管理平台。系统主要功能模块如下:
(1) 用户登录模块:对用户进行身份验证, 根据输入的口令调用存储过程。存储过程调用散列函数散列口令文本, 比较用户表中的口令散列值, 相同则认证成功不同则增加用户表中阀值的值。在阀值大于3 后该用户冻结。将无法登陆系统。用户登录模块相当于系统的大门。网络的大部分攻击是针对于他的。这部分的设计难点在于如何保证客户端与服务器端是点对点的没用中间层。如何防止内部人员盗取用户表数据发现合法用户口令。
(2) 浏览信息模块与更改口令模块:浏览模块主要用于向用户呈现查询结果操作过程和结果。其难点主要是如何使用UDP协议与单片机端进行通信。更改口令模块主要是为客户提供能自助更改口令的功能。
(3) 数据存储部分:主要负责记录档案保存在哪个档案柜的哪个存储单元中, 和哪个档案柜的哪个存储单元是空闲的可以被分配存储新的档案。其会使用现在流行微软公司的的关系型数据库SQLSERVER实现其功能。
2.3 系统主要数据结构设计
系统包括存取日志, 单元, 档案, 工作站, 角色, 用户这几类数据结构。需要描述的主要是单元工作站的概念。首先是单元概念。单元是指一个基本的存储空间。其代表能存储一份档案的能力。一个工作站是指一个单片机端。对实体档案的保存是已工作站为组的。一个工作站能管理255 个单元。也就是说每个工作站具有255 份档案的存储能力。其抽象模型如下图2。
2.4 功能设计
本系统使用软件数据库服务器与嵌入开发并重的方式来设计。服务器部分主要提供与用户交流的界面和数据存储功能。用户界面采用B/S模式, 使用标准的浏览器包括WIFI无线手持终端接入IE、Google Chrome等主流浏览器就可以自助完成所有的档案存储提取密码修改动作。硬件部分使用单片机嵌入设计。其主要功能模块基本涵盖了互动查询、病历检索、病历位置指示、后台系统和数据管理与维护的需求, 同时考虑到未来系统升级等问题。本系统具有以下特点:
(1) 系统实现了加强纸质档案的管理, 特别是对实物的管理。该系统实现了对纸质病历等实物的查询、保管、借阅等功能, 采用SQL Server数据库管理系统设计病历的数据库, 为纸质档案的管理提供了查询、存储、提取及不同用户权限查阅不同病历等安全、方便的电子化方法, 同时实现了人机交互。
(2) 采用B/S架构设计档案管理系统。B/S架构为浏览器/ 服务器模式, 具有提取数据方便、可实施查阅数据等优点, 且通过Wifi等无线网络也可使用。
(3) 采用嵌入式开发技术, 实现了单片机控制。系统设计虽主要涉及软件工程, 但本研究也在工业电器自动化、机械工程等领域进行了探索, 是各领域设计技术的综合体现。
3自动信号指示档案管理系统的实现
3.1 硬件系统的实现
推荐配置: Intel (R) Core 2CPU 4300 1.80GHz处理器、2G内存、500GB可用硬盘空间。
开发环境:两台PC机, 一台作Web服务器和开发用机, 一台作为数据服务器。
3.2 软件系统的实现
Web服务器, 安装Windows 2000 Server ( 安装IIS5.0) 、Visual Studio 2003 中文版。SQL Server 2000。开发用机安装Visual Studio 2005, winxp。所有机器统一安装.NET Framework虚拟机。软件流程图如图3 所示。
用户进入登陆界面, 通过输入用户名、密码后, 进入查询用户信息界面, 计算机通过比对用户信息与存储在数据库中的信息, 进行核准用户信息操作。若信息相符, 则进入打开首页界面, 否则返回到打开登录界面。进入界面后, 根据用户输入的条件进行查询, 并将结果返回;系统根据用户选择指示档案位置, 用户根据指示查找到档案并确认;系统根据用户确定复位指示信号更新有关记录的字段值等。
3.3系统开发语言
系统页面采用ASP.net编辑, 后台程序采用C#语言编写。C# 是比较类似于Jave有带有C++ 血统面向对象的语言。当然其实Jave也带有C++ 血统。
4 结束语
本文主要介绍了自行设计的计算机系统加强纸质档案的管理系统, 该系统包括对纸质病案的查询、保管、借阅等实际工作需要的功能。方案设计包括系统的体系总体设计、查询功能模块设计、存储功能模块设计、提取功能模块设计、用户密码变更功能模块设计、数据库表结构设计、表的主外键约束设计、数据库存储过程设计、单片机电路设计、单片机C程序设计。本系统对提高病历检索效率、完善病历保管功能、满足医生对病人治疗方案的查询、提高医疗水平、全面掌握患者的健康情况具有积极的意义。
参考文献
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城市轨道交通信号系统探究 篇11
关键词：城市轨道交通；信号系统；构成；方案；方式
中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0086-02
随着我国城市人数的急剧上升与车流量的大量增加，大部分城市交通负荷越来越重。在城市发展中，城市轨道交通作为城市交通的重要组成部分，其应用范围的不断扩展，已经成为解决城市交通压力的重要方式，城市轨道交通主要具有便捷、安全、舒适等优势，因此，越来越多的城市开始进行城市轨道的建设。目前城市轨道交通主要包括：地铁与轻轨，为了确保城市轨道运输的有效性及安全性，必须采用技术含量高的信号控制系统对城市轨道交通进行控制，在整个城市轨道交通系统中城市轨道交通信号系统是体现轨道交通运行安全、高效的关键部分。基于此，城市轨道交通工作人员必须了解城市轨道交通信号系统的构成因素、传送方式等，只有熟练掌握信号系统的规律及原理，才能确保人们出行的安全性。
1 城市轨道交通信号系统的构成
城市轨道交通信号系统主要由列车自动控制（ATC）系统、联锁设备、轨道电路等组成。
作为城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，列车自动控制（ATC）系统主要功能就是对行车指挥及列车运行自动化的一种最大限度地实现，同时起到确保列车安全运行及提高运输效率的作用，只有这样才能降低工作人员的工作量，对城市轨道交通的通行能力进行充分发挥。
ATC（automatic train control）系统主要有三部分构成，包括：列车自动防护（ATP—automatic train protection）、列车自动运行（ATO—automatic train operation）及列车自动监控（ATS—automatic train supervision）。
ATP系统分为轨旁ATP和车载ATP，负责对列车的运行进行保护，对列车进行超速防護、车门监督和速度监督，保证列车的安全间隔。
ATO系统分为轨旁ATO和车载ATO，其应用的主要目的就是对“地对车控制”的一种实现，就是实现地面信息对列车运行情况的一种良好控制，并送出车门和屏蔽门同步开关信号。
ATS系统主要有两部分中央ATS与车站ATS，其应用的主要目的就对列车运行监督及控制，包括：列车运行情况和设备的集中监视、自动排列进路、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录实际列车运行图、自动进行数据统计以及各种报表的自动生成，辅助调度人员对全线进行管理。
联锁设备有中央联锁系统和车站联锁计算机，主要对室外设备信号机和道岔进行控制，排列列车进路并传送进路信息给轨旁ATC设备。
轨道电路主要用于传送轨道电路信息和ATP报文信息。
2 城市轨道交通信号系统方案
通常情况下在城市交通疏解任务中城市轨道交通线路承担着十分重要的任务，为确保人们出行的安全性，应采用完整的、先进的、高效的列车控制系统作为地铁信号系统。正线信号系统采用完整的列车自动控制（ATC）系统，由ATS、ATP、ATO、联锁设备组成。车辆段/停车场由联锁设备、微机监测设备、ATS分机等主要设备组成。目前城市轨道交通的信号系统主要有准移动闭塞和移动闭塞系统选择。
2.1 基于目标距离模式的准移动闭塞ATC系统
通常选用音频数字无绝缘轨道电路作为目标距离模式，这种模式的主要特点为信息传输量较大及抗干扰能力很强。列车车载设备依据由钢轨传输而接收到的联锁、轨道电路编码、线路参数、控制管理等报文信息，连续对列车追踪运行及折返作业进行速度监督，最大限度对其进行超速防护，控制列车运行间隔，以满足规定的通过能力。由于音频数字轨道电路具有极大的传输信息量，可以将目标速度、目标距离、线路状态等信息提供给车载设备，为计算出列车相适应的运行模式速度曲线，将ATP车载设备与固定的车辆性能数据进行充分地结合。
2.2 基于通信的移动闭塞系统（CBTC）
基于通信的移动闭塞列车控制系统具有极为先进的发展技术，是列车控制技术的发展趋势，是国际ATC先进水平的代表。是独立于轨道电路的高精度列车定位。
CBTC系统为实现车与地、地与车间之间的双向数据通信，可以选用自由空间无线天线、交叉感应电缆环线、漏泄电缆以及裂缝波导管等方式进行有效通信。依据列车的位置信息及进路情况轨旁ATP设备可以有效对每一列车的移动权限进行准确计算，同时根据列车位置速度的变化不断更新数据，利用连续车地通信设备向列车进行信息的发送。依据接收到的移动授权及本身的运行状态车载设备可以对列车运行速度曲线及防护曲线进行有效计算，在ATP子系统的保护防御过程中，在该速度曲线下ATO子系统或人工驾驶控制列车可以正常运行。可以最大限度地实现后续列与前行列车尾部的紧密性，并始终处于安全距离范围内。在确保安全的基础上，CBTC系统可以实现区间通过能力的有效提高，同时不受轨道电路区段分割的限制。
虽然CBTC系统在调试时因对现场环境要求高、调试周期较长等一些不尽如人意的地方，但是CBTC系统在具有自身优越性的同时已经成为城市轨道交通信号系统的首选方案。其相对于准移动闭塞系统的优越性是不可取代的。
3 城市轨道交通信号系统通信设备的传送方式
3.1 通过轨道电路进行传送
轨道电路不仅可以检测列车占用情况，也可以传递报文信息给车载设备。在轨道电路不忙的情况下，将轨道电路信息传送给联锁系统，当列车对轨道进行占用时，利用装置切换，并将发送轨道电路信息的作业进行停止，开始采用轨旁设备将ATP报文信息连续向钢轨进行发送，将接收和发送设备装置在列车底部，可将接收到的信息向车载设备进行传递，同时也可以向地面发送列车信息。
3.2 通过轨间电缆传送
单独沿着钢轨铺设一条线路，专门用于传送ATP报文信息，此方法安全可靠，但费用较高。
3.3 通过点式应答器传送
在轨道电路的部分地方进行应答器的设置，应答器的设置主要有两种形式：固定数据应答器与可变数据应答器。用于存储固定数据的应答器为固定数据应答器，可变应答器通过对中心进行控制来取得数据，将接收和发送天线安装在列车底部，当列车运行在应答器位置经过时可以感应到应答器的信息，然后进行双向数据交换，因为这种信息的传送不具有连续性，只能在一定位置才能进行接收，因此这些位置被叫做点式ATC。
3.4 通过无线方式进行传送
无线车地通信主要采用无线方式，由控制中心来实现车载ATP/ATO的功能，利用无线交换器和轨旁无线单元AP与车载无线通信设备进行时时数据的交换。
一般情况下一个控制中心可以实现对一条线路上所有车站的控制，当控制中心设备发生故障时，为了确保整条线路不出现瘫痪现象，可以将车站现地工作站和车站ATS远程控制单元设置在车站。这样当控制中心出现故障之后，车站工作人员可通过车站现地工作站进行操作来实现联锁计算机的功能，ATS远程控制单元可代替中央ATS系统向联锁系统和轨旁设备发送相关信息，此时ATS远程控制单元所具有的信息不全面，但能够保证列车在本站的正常运行。
4 结 语
综上所述，城市轨道交通信号系统的主要目的就是对列车进行有效控制，完善城市轨道交通信号系统不仅可以提高运输效率，还可以确保整个列车运行的安全性及有效性，实现整个城市轨道交通信号系统的功能。
参考文献：
[1] 侯艳霞.地铁列车自动监控系统的更新改造[J].都市快轨交通，2010，（2）.
自动化信号检测系统 篇12
交通伤害已日益成为威胁人类生命安全的世界性公害之一,准确检测交通事故,及时进行报警,以便得到有效救助,可以有效减少交通事故的伤亡率。传统的交通事件自动检测(Automatic Incident Detection,AID)主要着眼于宏观的道路交通流信息,如道路流量、车辆占有率、车流密度等。对于交通事故,这种微观现象可以进行间接的检测,准确率不高并且有时间延迟。现阶段最为有效的方式仍然是拨打报警电话,然而要求目击者在场,且事发地点难以确定,信息甄别困难。文献[1]提出由车辆中的车载模块负责检测并发送车辆周围的声音、图像等各种信息,直接从车辆状态出发实现交通事故的自动检测,不但提高了交通事故检测的准确率,还提高了公路管理的自动化水平。相对于使用图像信号,声信号具有计算简单、平台搭建方便的优点。常用的声信号特征提取方法有离散小波变换(DWT)、离散傅立叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)、以及Mel倒谱变换(Mel Cepstrum Transform,MCT)等,文献[2]和[3]在采用线性判别分析(lineardiscrimination analysis,LDA)作为分类器的条件下对比了DWT、DFT、MCT等,认为使用Harr基函数的小波变换为最优。文献[4]将这种基于Harr小波的LDA方法用于交叉路口的交通管理系统,指出对主成分分析可以进一步改善判别性能。
然而在实际中存在的问题是碰撞训练样本数相对于特征维数偏少,而非碰撞样本类别众多,特征之间较强的相关性导致LDA的分类效果并不理想。
本文提出了一种基于单类支持向量机(OneClass Support Vector Machine,OC-SVM)的判别方法。使用Harr小波变换提取信号的频域信息,采用OC-SVM进行异常点检测以实现判别,在OC-SVM的高斯核函数中采用马氏距离代替欧式距离消除特征高度相关的影响。相对于LDA方法,OC-SVM能实现非线性的判别,形式更加灵活而没有陷入过拟合。在MATLAB仿真环境下进行的实验取得了理想的检测率和误报率。
1 自动声检测算法原理
交通事故发生时,车辆运行状态改变,并伴有剧烈的碰撞声,碰撞声和正常行驶声在时域上的波形对比如图1所示。
将两类声音变换到频域后可以发现,两者在频域上能量的分布存在较大差异,如图2所示,因此可提取信号的频域能量分布信息作为特征以实现分类。
本文提出的自动声检测算法分为三步:首先对采集到的信号进行分帧处理;然后对每一帧信号实施Harr小波变换,得到其频域上的向量表示;将该向量作为分类器的输入,最后由分类器给出实时的判别结果。分类器采用OC-SVM,参数由离线训练得到。
1.1 声信号分帧
由于碰撞声音持续时间较短,进行分帧处理时,要选择合适的窗,如果窗过大将导致帧信号的频域表示有较大偏差,窗过小会则导致计算量过大。我们使用2s长的矩形窗进行分帧,在32000Hz采样率下每帧将包含65536个采样点,帧与帧之间有部分重合。
1.2 Harr小波变换
小波变换使用快速衰减的母小波表示信号,具有多尺度分析的优点,声信号在不同尺度下的小波变换反映了其在不同尺度空间中即不同频率区间内的信息。因此,小波系数反映了声信号在频域的能量分布信息,可以作为判别的依据。本文采用双通道子带滤波的方法实现离散小波变换,原始信号经过高通滤波和低通滤波并降采样得到其低频分量的概貌系数(CA)和高频分量的细节系数(CD)。采用Harr小波,它具有形式简单、运算量小的优点。具体分解公式为:
式中:h为数字声信号s长度的一半,得到的x的前半段为概貌系数,后半段为细节系数。信号的分解可以迭代进行。
通过分析两类声信号的频谱发现,它们的能量集中在某些频段。考虑到采集设备自身的频率响应范围,我们采用的分解方式如图3所示。其中,S为待分解的一帧声信号。
对一帧包含65536个采样点的输入S,按小波分解树的分解方式分解到第10层,得到CAi,CDi(i=1:10)然后再细分前七层的概貌系数CDi(i=1:7)得到相应的概貌系数CDia(i=1:7)和细节系数CDib(i=1:7)。
分别计算CA10,CDia,CDib(i=1:7)和CDi(i=8:10)的均方根:
即得到该帧声信号向量形式的特征x:
1.3 分类器设计
在文献[2-4]中采用了LDA作为分类器,然而由于特征个数相对样本数偏多,同时特征之间相关性较强,在求解投影方向时总类内散布矩阵接近为奇异,文献[4]中提到主成分分析(PCA)可能改善LDA的性能,若考虑到频率特性与类别间的非线性关系,可选用非线性特征提取的核主成分分析(KPCA)[5]。然而,PCA和KPCA在提取新的分类特征矢量时,未区别样本的类内与类间信息,因此在构建LDA判别模型时,它们并非最佳选择;而SVM方法同样存在两类样本数不平衡的问题[6]。
我们用OC-SVM代替LDA进行判别以更好地捕获特征空间的非线性结构特性,同时保证了良好的泛化能力,而且由于不要求样本独立同分布,OC-SVM很适用于分帧得到的样本。
在OC-SVM方法中并没有对非碰撞的分布情况进行描述,而是将其定义为异常点。设φ是一个从样本空间到特征空间的映射,在特征空间中希望使用一个超球体,它在包含尽可能多训练样本的同时,使该球体尽可能地小。因此,形式上为一个优化问题。即
其中l为训练样本个数,c为特征空间中训练样本的中心,v∈[0,1]为可调参数,v较小时,试图包含尽可能多的点在超球体中,v较大时则希望缩小该超球体的"体积"R2。
通过核函数K的选取,隐式定义了非线性的变换φ。本文采用了高斯核形式的K:,其中x为核函数中心,δ为函数的宽度参数,控制了函数的径向作用范围。
使用拉格朗日乘子法获取其对偶问题:
解出αi,对成帧信号实施小波变换得到其特征x,分类器给出的判别形式为:
阈值可由任意一个满足的支持向量xi计算得到。f大于0说明x为碰撞,否则为非碰撞,这就达到了检测交通事故是否发生的目的。
由于在实现过程中对规范化的Harr小波变换做出了一定的改动,出于量纲和特征之间强相关性的考虑,我们在高斯核函数中使用马氏距离代替了欧式距离。马氏距离可以排除变量之间相关性的干扰,并具有不受量纲影响的优点。
2 实验结果与分析
在MATLAB平台上对算法进行了验证。所有的碰撞样本均采集于真实的碰撞测试,不带有背景噪声;非碰撞样本采集于正常行驶,包含说话、音乐、刹车和雨雪天气等实际场景。为模拟真实碰撞,将碰撞信号与非碰撞信号进行混合,用fnc表示正常声音,fc表示真实碰撞声,合成后的碰撞声fc模拟了不同背景噪音下的真实碰撞声:
其中∂代表信噪比,不同的∂表示模拟碰撞信号fc中背景噪声的强弱不同。
评价分类器的最重要指标是预测精度,本文采用了十折交叉检验的方法验证OC-SVM的检测率,相同信噪比下的碰撞样本集随机分成10等份,选取1份作为测试集,其余作为训练样本集,总共进行10次,记录碰撞样本总数和漏报数。验证算法误报率时则把所有碰撞样本都用于训练。
O C-S V M判别函数中的参数经训练得到,在MATLAB平台上直接读取每一帧合成的碰撞样本进行判断以测试算法的检测率,实验结果见表1。
然后,在MATLAB平台上对SVM、LDA和OC-SVM这三种判别算法进行了仿真,检测率对比见图4,假设样本的信噪比相同。在无噪声或噪声较小的理想情况下,OC-SVM的检测率非常高,而信噪比对OC-SVM的影响要小于对SVM和LDA的影响。
同时采用非碰撞样本测试了三种分类算法的误报率,结果见表2。可见OC-SVM和SVM的误报率比较接近,LDA的最高。
3 结论
本文提出了一种交通事故自动声检测算法,声信号经过采集分帧后进行Harr小波变换获取其频域表示,使用OC-SVM进行实时判别,OC-SVM的高斯核中使用马氏距离代替欧式距离,消除了特征较强相关性和量纲不同的影响。仿真实验结果表明,此算法对碰撞事故具有较高的检测率和较低的误报率,达到了可实用的程度。进一步的工作是将此算法移植到我们设计的基于DSP的交通事故自动报警系统上,进一步完善算法,提高其鲁棒性和可靠性。
摘要：建立交通事故应急救援系统具有很强的现实意义,关键技术是对交通事故进行自动检测。为了保证检测的实时性与准确性,提出一种基于声信号处理的方法,采集车辆周围的声音并进行预处理,使用Harr小波变换提取声信号的频域特征,采用单类支持向量机进行异常点检测,实现了分类判别。按上述方法对交通事故发生时的碰撞信号与正常行驶时的非碰撞信号做了分析,准确的识别出交通事故。仿真实验结果表明与常用的线性判别分析方法相比准确率有了显著提高,而且计算复杂度低,易于在DSP系统上实现,算法的判别性能达到了实用化的程度。
关键词：声信号处理,哈尔小波,交通事故,异常点检测,单类支持向量机
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