摘要：提出了以雙路TMS320F2812為核心，接收解調(diào)ZPW-2000A的FSK信號。前端通過信號調(diào)理，利用DSP內(nèi)部的AD對FSK信號采樣。經(jīng)過FFT變換解調(diào)出栽頻頻率、Z—FFT解調(diào)低頻頻率，以及通過DSP的SPI口。對兩路解調(diào)出的信號進行比較，若一致，則輸出。該設(shè)計采用雙機熱備，使系統(tǒng)的工作可靠性更強。結(jié)果證明，系統(tǒng)有較高的頻率分辨率和實時性。
隨著軌道交通的發(fā)展，列車運行速度逐年提高，列車在行車區(qū)間的通過能力和安全運行，對整個鐵路網(wǎng)的高效和正常運行起著重要作用。軌道電路中發(fā)碼設(shè)備向機車提供行車指令信息，因此，接收系統(tǒng)解調(diào)的正確性與實時性，就成為保障機車安全行駛的重要因素。
國內(nèi)鐵路機車行車指令主要采用移頻信號傳輸，即頻移鍵控信號(FSK)，該信號具有相位連續(xù)和非線性調(diào)制等特點，實現(xiàn)實時高精度的檢測具有較大困難。傳統(tǒng)FSK信號解調(diào)采用檢周期的時域處理法，此方法主要存在頻率分辨率低、實時性差等問題，很難達到要求的解調(diào)精度。隨著數(shù)字頻率解調(diào)技術(shù)的發(fā)展和DSP的應(yīng)用，為FSK信號的精確解調(diào)提供有效而可靠的途徑。
文中采用了單片DSP器件TMS32F2812，通過對軌道移頻信號解調(diào)算法的研究，使設(shè)計系統(tǒng)具有集成度高、實時性好、抗干擾能力強和可靠性高等優(yōu)點。
1 系統(tǒng)的整體設(shè)計
系統(tǒng)采用了TMS32F2812處理芯片，主頻高達150MHz，時鐘周期為6.67ns。2×8的ADC轉(zhuǎn)換通道。SPI串口。兩個1kb×16 SARAM等模塊，這些模塊易于實現(xiàn)ADC的采樣、主從控制芯片的數(shù)據(jù)交換和FFT變換所需要的大容量SARAM空間。
本系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。采用雙機熱備，兩路同時對調(diào)理后的FSK信號采樣和解調(diào)，比較一致輸出，這樣可提高系統(tǒng)的可靠性。
2 主要技術(shù)實現(xiàn)
2.1 信號調(diào)理
信號調(diào)理主要用低通濾波器，低通濾波器的設(shè)計使用的是MicroChip濾波器設(shè)計的軟件FilterLab，該軟件只需輸入通帶頻率和濾波器的階數(shù)，就可以生成相應(yīng)的電路圖，省去了濾波器設(shè)計中復(fù)雜的運算。圖2所示是FilterLab軟件生成的Butterworth低通濾波器，階數(shù)為4，通帶頻率為4000Hz，圖中給出了濾波器電容電阻的建議取值。
2.2 信號采樣設(shè)計
由于使用了TMS320F2812的內(nèi)部A/D，在實際運用中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的A/D采樣誤差較大，最大可達9%，這樣遠達不到采樣精度要求，需要通過軟件校正。首先選用ADC的任意兩個通道作為參考輸入通道，并分別輸入已知的直流參考電壓，通過讀取相應(yīng)的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值，利用兩組輸出值便可求得ADC模塊得校正增益和校正偏置，然后利用這兩個值對其他通道轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行補償。具體的補償公式如式(3)～式(6)所示
2.3 信號處理模塊設(shè)計
信號處理模塊主要由欠采樣、FFT變換和Rife頻率休整等部分組成，信號處理模塊的流程如圖3所示，其中搬移、濾波、抽取、FFT組成了Z—EFT。
在FFT變換中使用的是TI的FFT函數(shù)庫，F(xiàn)FT程序模塊化，易于大數(shù)量FFT變換的修改，且運算速度快，執(zhí)行效率高。FFT變換主要由模塊初始化和FFT計算等組成。
進過FFT變換后，頻率主瓣中存在兩個采樣點，中心頻率必定介于這兩點之間，使用Rife頻率估計法進行頻譜分析可得到精確的頻率估計值。Rife頻率估計法，就是用頻譜的絕對值的最大值G(k)進行比較，在k=[0，(N-1)/2]中求得最大值的|G(k)|，比較|G(k-1)|和|G(k+1)|大小，若|G(k-1)|<|G(k+1)|，則α=-1，否則α=1，顓譜估計值如式(9)所示，其中，fs為采樣頻率
3 實驗數(shù)據(jù)分析
ZPW-2000A的低頻和載頻測量數(shù)據(jù)如表1所示。
從測量數(shù)據(jù)看，載頻頻率誤差在0.2Hz以內(nèi)，低頻頻率誤差在0.02Hz以內(nèi)，精度高于鐵道部的相關(guān)規(guī)定。
4 結(jié)束語
對ZPW-2000A的移頻鍵控信號解調(diào)，對載頻直接進行FFT變換，測出載頻頻率；然后進行搬移、濾波、FFT變換和Rife頻率休整，解調(diào)出低頻頻率，這樣解調(diào)出來的頻率很高，且FFT算法用的TI的算法庫，運行效率較高，實時性較強。本系統(tǒng)采用了雙機熱備，提高了設(shè)備的可靠性。
