本發(fā)明涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相敏軌道電路智能接收器及信號處理方法。

背景技術(shù)：
25Hz相敏軌道電路是根據(jù)鐵道部(78)鐵基字1422號文件仿蘇研制。自1980年在石家莊Ⅲ、Ⅳ場上道后，工作穩(wěn)定可靠，并在全路推廣使用。由于器材的參數(shù)選擇得當，25Hz相敏軌道電路在技術(shù)條件允許的范圍內(nèi)，有可靠的調(diào)整、分路和斷軌檢查。接收器是25Hz相敏軌道電路的接收設備，負責對軌道電路的調(diào)整、分路兩種狀態(tài)進行監(jiān)測，其早期的接收設備采用二元二位繼電器，在全路長期使用中發(fā)現(xiàn)有接點卡阻、返還系數(shù)低、電氣化干擾大時翼板震顫等問題。根據(jù)上述情況，國內(nèi)開始將微電子技術(shù)應用于25Hz相敏軌道電路的接收設備。1997年，中國鐵道科學研究院研發(fā)的JXW-25A、JXW-25B型微電子相敏軌道電路接收器，以微處理器為基礎(chǔ)，采用數(shù)字處理技術(shù)完成對相敏軌道電路的接收功能，提高了返還系數(shù)和對電氣化的抗干擾能力。隨著鐵路運輸事業(yè)的不斷發(fā)展，牽引噸位提高、客運提速，牽引電流隨之大幅提高，進而造成軌道電路的非正常占用即“紅光帶”現(xiàn)象時有發(fā)生。鑒于這種情況，各研究機構(gòu)對軌道電路設備進行了更新改造，如扼流變壓器鐵心開氣隙、修改防護盒、增加適配器等。這些更新改造措施雖然在一定程度上緩解了“紅光帶”現(xiàn)象，但在另一發(fā)面卻造成軌道電路特性阻抗與負載阻抗嚴重失配，軌道電路的分路殘壓變高，出現(xiàn)了分路不良現(xiàn)象，即接收設備無法檢測到列車對軌道電路的占用信息。軌道電路分路不良容易造成列車出軌、追尾等安全事故，影響鐵路運營效率。另外，隨著鐵路運營里程的不斷增加，軌道電路設備的維修維護工作日益繁重。如果能對軌道電路的運行情況進行實時監(jiān)測，現(xiàn)場維護人員就可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對軌道電路的運行狀況進行分析，指導維修工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種相敏軌道電路智能接收器及信號處理方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種相敏軌道電路智能接收器，包括信號輸入單元、防混疊濾波單元、數(shù)字信號處理單元、動態(tài)安全與門和模塊開關(guān)電源，所述信號輸入單元、防混疊濾波單元、數(shù)字信號處理單元和動態(tài)安全與門依次連接。其中，所述信號輸入單元用于接收軌道信號并進行防雷、隔離和匹配處理，生成第一軌道信號，還用于接收局部信號并進行光電隔離和衰減處理，生成第一局部信號；所述防混疊濾波單元用于對所述第一軌道信號進行防混疊濾波處理，生成第二軌道信號和第三軌道信號；還用于對所述第一局部信號進行防混疊濾波處理，生成第二局部信號；所述數(shù)字信號處理單元對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理及“突變”檢測，生成兩路控制脈沖信號；用于監(jiān)測自身工作狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)自身工作狀態(tài)異常時，生成報警脈沖，否則不做任何處理；還用于對所述第三軌道信號進行智能信息檢測，并將檢測結(jié)果對外輸出；所述動態(tài)安全與門將兩路控制脈沖信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號并驅(qū)動外部軌道繼電器；所述模塊開關(guān)電源用于接收外部電壓，并完成電壓轉(zhuǎn)換，為所述信號輸入單元、防混疊濾波單元、數(shù)字信號處理單元和動態(tài)安全與門提供電源。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種信號處理方法，包括：步驟1：接收軌道信號并進行防雷、隔離和匹配處理，生成第一軌道信號；步驟2：對所述第一軌道信號進行防混疊濾波處理，生成第二軌道信號和第三軌道信號；步驟3：接收局部信號并進行光電隔離和衰減處理，生成第一局部信號；步驟4：對所述第一局部信號進行防混疊濾波處理，生成第二局部信號；步驟5：對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理，生成兩路控制脈沖信號；步驟6：將所述兩路控制脈沖信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號并驅(qū)動外部軌道繼電器；步驟7：對所述第三軌道信號進行智能信息檢測，并將檢測結(jié)果對外輸出。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種相敏軌道電路智能接收器及信號處理方法，在完全實現(xiàn)二元二位繼電器、微電子相敏軌道電路接收器的功能的前提下，增加“突變”檢測功能解決分路不良問題；并對軌道電路狀態(tài)、接收設備狀態(tài)、軌道信號、局部信號、電氣化干擾信號及電碼化干擾信號進行監(jiān)測，方便現(xiàn)場維修人員的使用。附圖說明圖1為本發(fā)明的一種相敏軌道電路智能接收器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的一種相敏軌道電路智能接收器中信號輸入單元和防混疊濾波單元電路圖；圖3為本發(fā)明的一種相敏軌道電路智能接收器中動態(tài)安全與門和模塊開關(guān)電源電路圖；圖4為本發(fā)明的一種信號處理方法流程圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下：1、信號輸入單元，2、防混疊濾波單元，3、數(shù)字信號處理單元，4、動態(tài)安全與門，5、模塊開關(guān)電源，6、防混疊濾波晶體電路，7、3.3V電源供電電路；11、軌道信號輸入電路，12、局部信號輸入電路，21、第一防混疊濾波器，22、第二防混疊濾波器，23、第三防混疊濾波器。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征，除非另有明確的規(guī)定和限定。本發(fā)明中，我們定義：當軌道電路空閑時，第二軌道信號和第二局部信號的積分值在0.5秒內(nèi)突降不小于“存儲值”的20％并持續(xù)時間不小于1.5秒，(存儲值為軌道繼電器由吸起狀態(tài)變?yōu)槁湎聽顟B(tài)前5分鐘的積分值的平均值)，稱為“突變“。實施例一、一種相敏軌道電路智能接收器，下面將結(jié)合圖1對本實施例提供的一種相敏軌道電路智能接收器進行詳細的說明。如圖1、2、3所示，一種相敏軌道電路智能接收器，包括信號輸入單元1、防混疊濾波單元2、數(shù)字信號處理單元3、動態(tài)安全與門4和模塊開關(guān)電源5，所述信號輸入單元1、防混疊濾波單元2、信號處理單元和動態(tài)安全與門4依次連接。其中，所述信號輸入單元1用于接收軌道信號并進行防雷、隔離和匹配處理，生成第一軌道信號，還用于接收局部信號并進行光電隔離和衰減處理，生成第一局部信號；所述防混疊濾波單元2用于對所述第一軌道信號進行防混疊濾波處理，生成第二軌道信號和第三軌道信號；還用于對所述第一局部信號進行防混疊濾波處理，生成第二局部信號；所述數(shù)字信號處理單元3對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理及“突變”檢測，生成兩路控制脈沖信號；用于監(jiān)測自身工作狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)自身工作狀態(tài)異常時，生成報警脈沖，否則不做任何處理；還用于對所述第三軌道信號進行智能信息檢測，并將檢測結(jié)果對外輸出；所述動態(tài)安全與門4將兩路控制脈沖信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號并驅(qū)動外部軌道繼電器；所述模塊開關(guān)電源5用于接收外部電壓，并完成電壓轉(zhuǎn)換，為所述信號輸入單元1、防混疊濾波單元2、數(shù)字信號處理單元3和動態(tài)安全與門4提供電源。本實施例中所述信號輸入單元1包括軌道信號輸入電路11和局部信號輸入電路12，所述軌道信號輸入電路11和局部信號輸入電路12分別與所述防混疊濾波單元2連接。其中，所述軌道信號輸入電路11用于對輸入的軌道信號進行防雷、隔離和匹配處理，生成第一軌道信號。從圖中可以看出，所述軌道信號輸入電路11包括變壓器B0，所述變壓器B0對輸入的信號進行防雷、隔離和匹配處理后輸出。所述局部信號輸入電路12用于對輸入的局部信號進行光電隔離和衰減處理，生成第一局部信號。從圖中可以看出，所述局部信號輸入電路12包括光電耦合器U5，所述局部信號經(jīng)過光電耦合器U5光電隔離和衰減后輸出。本實施例中，所述防混疊濾波單元2包括第一防混疊濾波器21、第二防混疊濾波器22和第三防混疊濾波器23。從圖中可以看出，所述第一防混疊濾波器21、第二防混疊濾波器22和第三防混疊濾波器23分別包括有源濾波器U1、U4、U6，分別對第一軌道信號或第一局部信號進行濾波。這里我們采用型號為MAX7404EPA的8階開關(guān)電容橢圓低通濾波器。其中，所述第一防混疊濾波器21用于對所述第一軌道信號進行濾波，濾除第一軌道信號中除信號頻率為25Hz以外的干擾信號，生成第二軌道信號；所述第二防混疊濾波器22用于對所述第一局部信號進行濾波，濾除第一局部信號中除信號頻率為25Hz以外的干擾信號，生成第二局部信號；所述第三防混疊濾波器23用于對所述第一軌道信號進行濾波，濾除第一軌道信號中信號頻率高于3000Hz的信號，生成第三軌道信號。本實施例中，所述數(shù)字信號處理單元3包括第一數(shù)字信號處理器DSP1、第二數(shù)字信號處理器DSP2和第三數(shù)字信號處理器DSP3。其中所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和所述第二數(shù)字信號處理器DSP2均用于對所述第二軌道信號和第二局部信號依次進行AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、積分值計算及“突變”檢測；當檢測到積分值滿足軌道繼電器吸起的條件時，生成兩路控制脈沖信號，控制軌道繼電器吸起；當檢測到積分值滿足軌道繼電器落下的閾值條件或“突變”時，停止生成控制脈沖信號，控制軌道繼電器落下；所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2還用于對自身工作狀態(tài)進行檢測，當檢測到自身故障時，生成報警脈沖并輸出至所述第三數(shù)字信號處理器DSP3，并停止生成控制脈沖信號，控制軌道繼電器落下；所述第三數(shù)字信號處理器DSP3用于對所述第二軌道信號和第二局部信號的電壓、頻率、相位角和第三軌道信號中的電氣化干擾信號、電碼化干擾信號進行檢測并將檢測結(jié)果對外輸出，用于接收報警脈沖并生成報警信息對外輸出，還用于檢測自身故障，當檢測到自身故障時，生成報警信息對外輸出。本實施例中，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和所述第二數(shù)字信號處理器DSP2基于軌道信號與局部信號的積分值進行“突變”檢測，提高了軌道電路的分路能力，保證軌道電路安全、可靠工作。另外，所述增加了第三數(shù)字信號處理器DSP3對軌道電路狀態(tài)、局部信號頻率、軌道信號電壓、局部與軌道之間的相位角、電氣化干擾信號及電碼化干擾信號等的監(jiān)測功能，并可將數(shù)據(jù)通過CAN通信方式對外輸出，方便現(xiàn)場維護人員排查故障，從而減輕維護工作勞動強度，節(jié)約維護成本。需要指出的是，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2對所述第二軌道信號與第二局部信號的積分值計算結(jié)果雙向相互校核，當相互校核一致時，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2才能將所述控制脈沖信號分別輸出至所述動態(tài)安全與門(4)；否則所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2自動復位。通過所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2同時進行計算并對計算結(jié)果進行相互校核，提高軌道電路的可用性、可靠性、可維護性和安全性，降低軌道電路的故障率。優(yōu)選地，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2均對自身的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)自身工作狀態(tài)異常時，生成報警脈沖并通過所述第三數(shù)字信號處理器DSP3對外輸出。優(yōu)選地，本實施例還包括防混疊濾波晶體電路6，所述防混疊濾波晶體電路6分別與所述第一防混疊濾波器21和第二防混疊濾波器22連接。從圖中可以看出所述防混疊濾波晶體電路6包括串行計數(shù)器U3，用于給所述第一防混疊濾波器21和第二防混疊濾波器22提供時鐘信號。另外，所述第三防混疊濾波器23中也包括一個串行計數(shù)器U6，用于給所述第三防混疊濾波器23提供時鐘信號。這里的串行計數(shù)器U3、U6我們均采用型號為74HC4020的串行計數(shù)器來實現(xiàn)分頻功能。另外，從圖中可以看出，本實施例中還包括3.3V電源供電電路7，所述3.3V電源供電電路7分別與所述第一防混疊濾波器21、第二防混疊濾波器22和第三防混疊濾波器23連接，用于分別給所述第一防混疊濾波器21、第二防混疊濾波器22和第三防混疊濾波器23提供3.3V電壓。所述3.3V電源供電電路7包括一個正向低壓降穩(wěn)壓芯片U2，所述正向低壓降穩(wěn)壓器U2采用型號為AMS1117CS-3.3的正向低壓降穩(wěn)壓芯片。本實施例中，通過外部電源為所述模塊開關(guān)電源5提供24V電壓，所述模塊開關(guān)電源5直接將24V電壓輸出至所述動態(tài)安全與門4，同時將24V電壓轉(zhuǎn)化為5V輸出至所述3.3V電源供電電路，所述3.3V電源供電電路將5V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V為所述防混疊濾波單元2和數(shù)字信號處理單元3供電。本實施例中，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1與第二數(shù)字信號處理器DSP2以及動態(tài)安全與門4均滿足鐵路信號故障安全原則。另外，所述第三數(shù)字信號處理器DSP3采用CAN通信方式完成報警及智能監(jiān)測信息的對外輸出。實施例二、一種信號處理方法，下面將結(jié)合圖4對本實施例提供的一種信號處理方法進行詳細描述。如圖4所示，一種信號處理方法流程圖，包括：步驟1：接收軌道信號并進行防雷、隔離和匹配處理，生成第一軌道信號；步驟2：對所述第一軌道信號進行防混疊濾波處理，生成第二軌道信號和第三軌道信號；步驟3：接收局部信號并進行光電隔離和衰減處理，生成第一局部信號；步驟4：對所述第一局部信號進行防混疊濾波處理，生成第二局部信號；步驟5：對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理，生成兩路控制脈沖信號；步驟6：將所述兩路控制脈沖信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號并驅(qū)動外部軌道繼電器；步驟7：對所述第三軌道信號進行智能信息檢測，并將檢測結(jié)果對外輸出。其中，所述步驟2中對所述第一軌道信號進行防混疊濾波處理的具體實現(xiàn)為：步驟S1：對所述第一軌道信號進行濾波，濾除第一軌道信號中除信號頻率為25Hz以外的干擾信號，生成第二軌道信號；步驟S2：對所述第一軌道信號進行濾波，濾除第一軌道信號中信號頻率高于3000Hz的信號，生成第三軌道信號。上述步驟4中，對所述第一局部信號進行防混疊濾波處理的具體實現(xiàn)為：對所述第一局部信號進行濾波，濾除第一局部信號中除信號頻率為25Hz以外的干擾信號，生成第二局部信號。所述步驟5中對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理的具體實現(xiàn)為：步驟S1：對所述第二軌道信號和第二局部信號依次進行AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、積分值計算及“突變”檢測，當檢測到積分值滿足軌道繼電器吸起的條件時，生成兩路控制脈沖信號，控制軌道繼電器吸起；當檢測到積分值滿足軌道繼電器落下的閾值條件或“突變”時，停止生成控制脈沖信號，控制軌道繼電器落下；步驟S2：對所述第二軌道信號和第二局部信號的電壓、頻率、相位角和第三軌道信號中的電氣化干擾信號、電碼化干擾信號進行檢測并將檢測結(jié)果對外輸出。所述步驟5中對所述第二軌道信號和第二局部信號進行數(shù)字信號處理完成后，對所述第二軌道信號與第二局部信號的檢測結(jié)果雙向相互校核，當相互校核一致時，所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2才能將所述控制脈沖信號分別輸出至所述動態(tài)安全與門4；否則所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2自動復位。通過所述第一數(shù)字信號處理器DSP1和第二數(shù)字信號處理器DSP2同時進行計算并對結(jié)算結(jié)果進行相互校核，可靠性與安全性高。本發(fā)明的一種相敏軌道電路智能接收器及信號處理方法，在完全實現(xiàn)二元二位繼電器、微電子相敏軌道電路接收器的功能的前提下，增加“突變”功能解決分路不良問題；并對軌道電路狀態(tài)、接收設備狀態(tài)、軌道信號、局部信號、電氣化干擾信號及電碼化干擾信號進行監(jiān)測，方便現(xiàn)場維修人員的使用。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。