时间：2023-03-07 15:03:57
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇信号通信论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
作者：王伟何涛强生杰单位：兰州交通大学
数据输入后先转化成ASCII二进制码进行传输，通过调用m序列生成函数进行相加，产生扩展后的数据，然后将扩频码转换为BPSK(1,-1)序列，数据传输时进一步将BPSK双极性转换到单极性，最终在数据输出端进行m序列解扩，再结合解调过程将ASCII二进制码转换为输出数据。从图3(b)中可以看出数据展宽后可以明显降低信号功率密度，调制后传输的信号和白噪声具有很大的相似度，可以实现高隐蔽性传输。从图3(c)和图3(d)对调制信号包络，相干载波相位模糊度及其对解调数据的影响等性能对比，得出BPSK调制出传输过程中具有高的抗干扰能力和频谱利用率。最终解扩和解调后的输出数据(e)和输入数据图3(a)具有高度的一致性，可见此扩频方式具有很强的抗干扰性。
理论优势（1）抗干扰能力强。直接扩频通信系统中，解扩器端输入与输出信号功率保持不变，而对于干扰信号解扩过程相当于进行扩频，干扰功率被扩展到很宽的频带上，功率谱密度下降，这使得解扩过程中输入端的干扰信号功率大大降低。通过带通滤波器的滤波，大部分的干扰信号被滤除，有用信号则被保留。另外，扩频系统对各种恶劣天气时通信链路造成的影响进行抵抗，与传统微波相比可以进行跨江传输，在海面的长距离优质传输。这些优势适用于铁路系统在复杂环境下安全可靠的进行信号传输。（2）可以实现多址通信系统。多个通信在信息发送端和接收端使用相同的伪随机序列，而不同的通信则使用不同的伪随机序列，这样就实现了在相同载频下互不干扰的通信，实现频率复用，从而充分利用了频谱资源。由此可以进行机动灵活组网，有助于统一规划，分期实施，便于扩充容量，有效地保护前期投资。（3）有效抗多径干扰。在直接扩频通信系统接收到电波后，将同步锁定直达路径且信号最强的电波，其余电波由于非直达，会延时到达，在相关解扩作用下只作为噪声。另外，接收端把多路径来的同一码序波形相加使之得到加强，从而实现抗多径干扰。（4）隐蔽性强，对其它系统干扰小。扩频过程单位面积信号发送功率极低，隐蔽性强。低的功率谱密度，不容易被探测到，被截获的可能性降低，所以实现了其安全性方面的要求。同时，低功率谱密度让发射信号近似于噪声信号，而扩频信号可以在信道噪声和白噪声背景中传输，降低了对其它系统的干扰，增强了与其它系统的共存度。由于此系统的无线铁路信号传输过程中电磁干扰大幅度降低，不仅有利于将扩频通信系统应用于电气化铁路区段和弱场强区电磁环境，而且适于将其大规模应用到干线铁路中。（5）精确测距和定时。将应用周期长及伪随机码作为传输信号，比较从目的地反射回来的伪随机序列与原序列的相位，就可以得出时间差，由此也可实现定时操作，进一步利用传输速率和时间差的相乘即得出距离。相对于传统的轨道电路定位，扩频通信系统传输容量较大并且适合长距离传输，这有助于减少铁路测距定时设备，降低设备投资，便于维护。也可以作为原有测距定时设备的冗余，与原测距设备值进行比较，提高测距定时的安全可靠度。
扩频通信属于数字通信，是适合大容量高速率通信的系统，其加密功能和保密性，从一定程度上提高了铁路信息传输的安全可靠性。扩频通信系统容易实现码分多址，结合计算机及网路技术有助于铁路系统更快速的应用高新技术，从而使铁路系统向更加安全高效发展。另外，现有的扩频通信系统绝大部分使用的是数字电路，设备集成度高，安装简便，易于维护，更小巧可靠，扩展容易，平均无故障率时间也很长。目前，广州地铁和北京地铁等多个轨道交通项目中均采用了基于直接序列扩频技术的无线移动闭塞信号系统，为今后大规模成功应用于干线铁路提供了参考。
由于普通的计算机控制系统安全性差，无法对外部输入信息的准确性进行判断。当系统产生故障时，无法保证系统安全的能力，这些因素都限制了计算机控制系统的应用。当前，我国干线铁路上使用的计算机连锁系统主要为国外铁路信号公司的容错计算机控制系统，成本较高。所以，我国铁路科研院逐渐将安全、铁路信号控制系统作为主要的研究工作来开展。
2铁路信号系统无线通信的基本要求
2.1通信结构
铁路信号系统远程控制技术在保证铁路信号系统安全运行方面具有重要意义。相较于继电连锁系统来说，计算机连锁系统的综合性能更好。所以，车站连锁系统也逐渐从继电装置专变成了计算机系统。事实上，计算机连锁系统是一个满足安全、故障信号的连锁逻辑运算系统。而逻辑上，可以将运算系统分为监控层、控制设备层和关联系统三个模块。其中关联系统主要包括调度集中、联锁机、模拟屏、调度监控、复显等内容；监控层主要是指计算机联锁系统对调度机车信号和站场状态进行监测和控制的设备；控制设备层主要控制电源屏无线通信、I/O、PLC和电源屏的无线通信、I/O的通信。
2.2通信设计
2.2.1控制设备之间的无线通信
控制设备主要是用来对现场的多个I/O设备进行控制，常规的方法将多路器布置在现场，然后将输入/输出模块和端子排连接，并利用现场总线技术，在工业现场放置I/O模块。所有的现场子站都可以利用一根电缆连接起来，从而把所有的现场信号简单方便的传送到控制室的监控设备上。
2.2.2控制设备和监控站的通信
监控站通信主要传递安全信息数据，利用PLC和联锁机之间的串口和监控站连接实现信息的传递。因而PLC和联锁机之间使用CCM传输协议进行传输。为了屏蔽外界的干扰，提升数据的准确性，将读取的PLC数据作为有效数据，向联锁程序提交。此外，该通信程序还可监督PLC和联锁机运行状态。由于每次通信时，联锁机都会对PLC的约定内部寄存器进行检查，此寄存器只可以利用联锁机置位PLC进行复位。在检查的过程中，如果PLC置位时间不对，就表示PLC工作异常。同理，如果PLC发现联锁机置位不按时，证明连锁机的也不能正常工作，为了确保系统安全运行，会立即发出报警信息，并会进行安全处理。
2.3关联系统之间通信技术
关联系统主要是计算机之间利用互联网进行通信，可以利用RS-485和RS-232达到通信目的。而局域网中的通信可以利用Socket的接口实现，局域网中电脑可以通过拨号的方式和互联网机械通信，也可以连入专网进行通信。
3无线通信技术的特点
目前，无线通信技术主要有433Hz频段、2.4Hz频段、蓝牙、红外等。在高速行驶高速铁路上，如果距离小可以使用这些无线技术。但是如果距离很远的时候，无线通信的距离也就相对较远，利用无线通信可以避免使用中继设备。铁路信号系统作为指挥铁路运行的系统，在运行的过程中，可以利用信标和全球定位系统来保证铁路的位置和速度。车站在收到设备信息后，会经过信息发送到执行控制计算机中。在铁路信号系统中，无线通信技术主要有以下特点：（1）可以对铁路的运行情况进行更加稳定的控制，不仅可以防止列车运行情况下速度过快或者多次发动，并且可以有效地节省资源。（2）在一些关键的控制系统中,列车按照操作状态和自身情况进行调节，利用计算机对列车进行辅助调整，进而提高铁路信号系统的管理水平；（3）省去地面上的信号设备，降低了信号系统设备的维护资金；（4）无线信号适应能力强，可以提高列车的行进速度，可以对系统中的相关参数进行远程调节。不过，在使用无线通信技术时，铁路信号系统中也有一些问题存在，例如一些设备的成本较高、高速铁路列车的运行速度和电码传送速率不符合。
4无线通信技术在铁路信号系统中的应用
4.1集中调度中的应用
在集中调度系统中，调度中心科员按照车站的区段闭塞情况和法线占用情况了解列车的运行，并根据收集到的信息对进路进行排列。但是，使用无线通信技术可以使控制系统详细了解列车的运行速度和位置，并根据沿线信号系统的基本情况，向列车传递控制信息，确保列车稳定、安全、快速地运行。通过利用无线通信技术，可实现控制中心和列车之间的双线数据传输，为列车的运行提供了便利，达到自动指挥的目的。
4.2微机联锁中的应用
在微机联锁中应用无线技术，可以将信号机的闭锁状态、道岔情况等发送至主控中心，并使用道旁接口单元对主控中心传达的控制命令进行接收，达到控制信号机动作和道岔的目的。此外，道旁接口单元可以使用无线信道和控制中心取得联系，然后利用电缆和现场设备进行连接，达到控制、检测辅助子系统的目的。当前，无线通信技术在微机联锁中的应用需要增加运营成本，并且一些比较大的车站对无线信号干扰比较大，还没有得到广泛的推广和应用，不过在微机联锁中应用无线技术的前景是非常不错的。
4.3无线通信技术在中继器中的应用
在铁路运行过程中，想要实现每一个铁路都设置通信基站难度是比较大的。这样设置不仅会导致设备投资增加，并且会使无线通信铁路信号系统丧失意义。而利用中继器，基站可以使用中继器进行射频信号的发送和接收，进而实现基站同时，管理线路、车辆以及基站区域范围中的站区。
4.4使平交道口的通过率提升
1.1中短波电台的现状
中短波电台在历史上为保证航行安全做出了重要贡献，至今仍承担海上通信安全、遇险、救助等任务。目前在我国沿海有上海、广州、天津、大连等电台，它们的工作方式基本上是VHF，SSB，NBDP，Morse，覆盖的频段为400KHz到30MHz。由于各种通信技术的发展和应用，中短波通信受到越来越大的冲击。不但它的应用范围上有很大的局限性，而且更是由于中短波电台系统大多采用模拟方式，它的抗干扰性差，不稳定性而产生的噪声使它的通信质量难以得到保证。目前，通信数字化技术已相当成熟，基于这个技术本论文提出了中短波通信数字化的观点。数字系统与模拟系统不同，它的特性不易随使用条件的变化而变化，数字信号可以存储，可以按照理论算法运算，可以获得较高的指标。这些特点决定了中短波通信的噪声可以通过数字化来解决。
1.2中短波电台的发展方向
在我国不同区域、不同级别、不同用途、不同波段的无线电台很多，无线电台的这些特点，不但使相互间的联合通信很困难，也给电台的功能扩展增加了难度，同时更为重要的是，它使电台无法适应新技术的飞速发展而及时更新换代。因此采用数字化技术，对来自天线射频的信号直接进行采样，以通用的数字信号处理器为硬件平台，用软件来完成无线电台的所有功能，是无线电台的发展方向。
根据我国的目前的情况，改造现有的模拟电台具有非常重要的意义，因为它是使通信设备向小型化、模块化、数字化和软件化过度的一种切实可行的方法。对于短波无线电台而言，随着数字信号处理技术的发展和数字器件越来越多的应用到HF收发信机设备中，现有的HF收发信设备普遍采用微处理器作为电台控制，有的采用了数字式频率合成器，采用了数字式天线匹配器，有的还采用了数字信号处理器以实现自适应链路建立和抗干扰通信。
进入九十年代，国外的通信厂家推出的新型HF收发信设备，出现了数字化接收机，数字化发射激励器、数字化电台等设备。这类设备同以往设备的最大区别是采用数字信号处理技术代替了以往设备中与各种工作方式有关的模拟器件，这样可以利用数字信号处理方面的许多优点，例如在模拟设备中的边带滤波器的群迟延特性在通带范围内是U型的，不是常数，而在数字信号处理中用FIR滤波器很容易实现群迟延特性为常数。
HF收发信设备数字化的实质是收发信设备中信道部分的数字化，它采用数字信号处理技术实现音频与中频之间的频潜变换，涉及的内容主要有音频处理，各种工作方式的调制/解调，中频及射频的自动增益控制/自动电平控制。
HF收发信设备信道数字化后，由于采用了大规模集成电路取代分立元件，用软件实现滤波器等功能，简化了硬件电路，同时提高了性能指标和可*性，也增加了电台灵活性，为软件无线电打下了基础。
现有的模拟式HF收发信机设备均采用2至3个中频，否则无法实现高的性能指标。理想的数字化方案应是*近天线的数字化，考虑到HF波段的特点和现有的技术，现在取消中频直接在射频上数字化在技术上是非常困难的，在目前是难以实现的，较好的数字化方案是应该在较适中的频率上数字化。
收发信机普遍采用高中频的方案：第一中频在40MHz到100MHz之间，受到硬件技术发展水平的限制，在一中频实现数字化是非常困难的，因此HF收发信机的数字化主要集中在9MHz、2.5MHz、500KHz、200KHz。
高于200KHz中频的数字化通常只采用两个中频，而低于200KMz中频的数字化往往要采用三个中频。采用三个中频的HF收发信设备较采用两个中频的HF收发信设备的硬件电路要复杂。在较低的中频上数字化是采用三个中频的主要原因，目前的技术在二中频上实现数字化己经成熟，且在三中频上数字化也没有明显的好处，所以新的数字化方案中避免在较低的中频上数字化。
综上所述，目前的HF收发信设备的数字化方案应采用双中频方案，在二中频上实现数字化，二中频的频率应高于200KHz。在较高的中频上实现数字化可以获得较高的处理增益，达到较高的性能指标。
2．多级抽取数据处理原理
对于数字电视广播信号反射回波的频谱分布，我们只对其中心频率附近可能出现的运动目标的一段频谱感兴趣，例如：由传输速率决定的数字电视广播信号的频谱宽度为432MHz，而实际目标可能覆盖的频段不会超过20kHz。如果对所有采样点计算FFT，计算量非常大，且这样的计算效率很低。如果采用信号抽取方法就可以做局部的谱分析，提高计算效率。实现局部频谱分析的工作原理，如图1所示。信号经过复调制，把要进行分析的一段频谱（例如X0附近）搬移到零频附近，然后进行MB1的抽取，这样在较少的点数下做信号频谱分析，达到细化频谱的目的。
但是当抽取因子M很大时，一次抽取对滤波器的特性要求很高，为滤波器的设计带来困难。如果采用多级采样率变换来实现抽取，不但可以简化滤波器的设计，而且可以进一步减少计算量和系统的存储量。
3．多抽样率数字信号处理技术
在一个信号处理系统中有时需要不同的抽样率。这样做的目的有时是为了系统中各处需要不同的抽样率，以利于信号的处理、编码、传输和存储，有时是为了节省计算工作量。使抽样率降低的抽样率转换称为抽取；使抽样率升高的抽样率转换称为内插，抽取和内插是多抽样率信号处理的基木环节。
3.1多抽样率数字信号处理
实现多抽样率变换的基本方法包括：整数抽取、整数内插、抽样速率的有理数变换等。
（1）整数抽取
如图2所示为整数抽取器的结构，其中为抗混叠低通滤波器，其理想频域响应为：
（1）
设输入信号的频域响应为，通过计算可得输出信号的频域响应为
（2）
若满足（1）式，则有。即整数抽取序列的数字谱是M个输入序列经频谱扩展（M倍）和周期移位后的迭加谱，提高了信号的频域分辨率。
图2整数抽取器的结构
（2）整数内插
如图3所示为整数内插器的结构，其中为平滑低通滤波器，其理想频域响应为：
（3）
图3整数内插器的结构
设输入信号的频域响应为，通过计算可得输出信号的频域响应为
（4）
即整数内插序列的数字谱是输入序列经L倍压缩后的谱提高了信号的时域分辨率。
（3）抽样速率的有理数变换
以上介绍的整数内插与抽取都属于采样速率的整数变换，将其推广可得抽样速率的有理数变换。有理数（L/M）倍的速率变换可以这样来实现：首先通过L倍内插然后进行M倍抽取。其中为内插低通滤波器与抽取低通滤波器合二为一，满足下式，式中
（5）
3.2滤波器设计及实现
在多抽样率系统中我们总是设法把乘法运算安排在低抽样率的一侧以使每秒钟内的乘法次数（MPS）最少。但在抽取器和内插器中滤波的卷积运算都是在抽样率较高的一侧，例如实现抽取器的运算，如果先做抗混迭滤波的卷积计算然后抽取，则必然有很多计算工作是徒劳的，而且一个卷积运算又必须再在输入信号的抽样时间间隔内完成，这样就使得每秒钟的乘法次数很高。在实现多抽样率系统时，FIR结构具有很大的优越性。一方面它绝对稳定的，并具有很容易做成线性相位的优点，另一方面也容易实现高效结构。
多抽样率系统的实现一般有3种结构：直接实现、多相结构的实现、时变网络的高效实现。在实际中应用广泛的是多相结构的实现，同时在HSP50215、HSP50214中也主要使用这种方式。多抽样率系统中的多相表示和整数倍内插器表示两种方式。其中多相表示又称为多相分解，是指将数字滤波器的转移函数H（z）分解成若干个相位不同的组。通常，对于简单整系数滤波器，在抽取系统中，当抽取因子D不恰好是2的幂，但包含多个二倍抽取器的级连，我们常常在抽取系统的第一级（或内插系统的最后一级）采用运算极为简单的整系数滤波器，因为这种简单的整系数滤波器的的低通滤波性能并不很好，所以它只用于抽取系统的第一级或内插系统的最后一级，其余各级则仍使用半带滤波器。这是HSP502I4中CIC滤波器和半带滤波器级连这种结构设计的依据。
（1）数字高通滤波器的设计
设采样频率为F=250Hz，为了减少孔径误差，其频率稳定度远远高于电网频率稳定度（由需要的处理精度确定）。其中对于孔径误差，它指因采样频率不稳定造成采样脉冲未在预定时刻t0出现，而是在t0之前或之后出现，所采样的值与实际t0时刻的值之差。其频率稳定度为max[|f－f0|]/f0，式中f0为标准频率，f为实际出现或允许出现的频率，且N=125，其中：
|Gd（k）|=[0，a1，a2，1，…，1，a2，a1]（6）
Gd（k）=exp（－jkpi（N－1）/N）k=0，1，2，…，N－1（7）
式中N为Gd（k）的长度，在计算机上调整a1和a2，可改变高通滤波器的频率特性。由傅里叶反变换可求得其N点单位抽样响应g（n）=IDFT（Gd（k）），且g（n）对称。
（2）由数字高通滤波器到多带阻带通滤波器
根据多抽样率思想，对g（n）进行插值，每一个g（n）后面插入K－1个0，令h（n）=g（n/K），n=0，K，2K，3K，…，（N－1）K；h（n）=0，n=其他。并取h（n）的长度为KN，K=F/50=5。
由多抽样率理论很容易推导出h（n）的频谱将是g（n）的频谱的K倍压缩。在matlab上仿真，由h（n）的频谱图可以看出，其阻带中心频率在0Hz，50Hz，100Hz，150Hz，200Hz处。
调整a1和a2的值，可达到阻带宽度为0.36Hz时，衰减超过60dB；阻带宽度为0.4Hz时，衰减超过52dB；通带下限频率（或上限频率）与阻带中心频率的差为2（F/N）/（F/50）=2×50/N=0.8Hz，通带减不超过3dB。在直流附近，低于0.18Hz的信号将被滤掉，衰减大于60dB，大于0.8Hz的信号将得到保留，其衰减不超过3dB，在通带内的纹波系数小于1.2%。
参考文献：
1．宗孔德，《多抽样信号处理》，清华大学出版社，2004
2．玉美、高西全、彭学愚，《数字信号处理》，西安电子科技大学出版社，2006
3．姚天任、孙洪，《现代数字信号处理》，华中科技大学出版社，2005
4．周浩敏，《信号处理技术基础》，北京航空航天出版社，2001
关键词屏蔽门,列车自动防护,接口控制
屏蔽门(Platformscreendoors,简称PSD)系统是现代化轨道交通工程的必备设施,它沿轨道交通站台边缘设置,将轨道区与站台候车区隔离,具有节能、环保和安全等功能。安装屏蔽门系统后,不仅可以防止乘客跌落轨道而发生危险,确保乘客安全,减少人为引起的停车延误,提高列车准点率,而且可以减少站台区与轨道区之间冷热气流的交换,从而降低环控系统的运营能耗,节约运营成本。
信号系统与屏蔽门系统相结合是屏蔽门系统工程的重要环节。此外,要更好地确保乘客的安全以及奠定无人驾驶的技术基础,就必须实现屏蔽门与列车车门的连动,并确保屏蔽门系统与信号系统的列车自动防护(ATP)之间建立联锁关系。根据世界各城市轨道交通工程的成功先例,屏蔽门普遍由信号系统进行控制。广州于2004年10月开始对正在运营的地铁1号线加装屏蔽门系统。该项工程预计总投资金额为1.484亿元人民币,是目前我国最大的一项轨道交通屏蔽门系统工程。本文主要对广州地铁2号线及1号线加装屏蔽门系统工程中的西门子信号系统与屏蔽门系统的接口进行分析。
1屏蔽门系统所需信号系统的条件及功能
(1)信号系统与屏蔽门系统的接口仅考虑线路上的列车的正向运行,但要满足屏蔽门对停车精度的要求。只有停车精度要求被满足,信号系统才允许自动或人工向列车和站台屏蔽门系统发送开门命令。目前,用于广州地铁2号线的LZB700M型中,ATP和ATO(列车自动运行)系统是由德国西门子公司提供的,其列车定点停车的精度ATO系统为±0.3m,成功率99.99%,ATP系统为±0.5m,已满足屏蔽门对停车精度的要求。广州地铁1号线同样采用LZB700M型ATP、ATO,目前列车停车的精度ATO系统为±0.5m,成功率99.5%,ATP系统为±1m。由此可见,要安装屏蔽门首先必须改善列车的停车状况,停车精度至少要达到ATO系统为±0.4m,成功率99.5%,ATP系统为±0.5m的要求;并要保证在列车停车精度为±400mm情况下,列车乘客门净开度≥1200mm(屏蔽门门开宽度为2000mm)。
(2)只有屏蔽门关闭的情况下列车才能运行。ATP轨旁单元通过故障安全型继电器输入接点接收当前屏蔽门的状态(PSD开门或PSD关门)。如果屏蔽门是开门状态,ATP轨旁单元会设置一个安全停车点,不让任何列车驶入相应的车站站台。
(3)PSD的状态通过ATP报文传输给列车。当列车接近运营停车点,且屏蔽门的状态由“PSD关闭”变化为“PSD开门”时,ATP轨旁单元会产生紧急制动让列车停车。
(4)确保当列车停在停车窗位置范围内时才连通列车到轨旁的通信通道。当列车在站台范围内移动时,ATP通过不激活“PTI(positivetrainidentification,有车标志)释放”切断PTI通道。如果列车停到指定的ATP停车窗位置时,则通过ATP激活“PTI释放”让PTI通道连通。当列车车门打开时,这些报文会通过PTI通道传输到轨旁单元,屏蔽门会随之而打开。
(5)屏蔽门控制系统向信号系统提供全部门“关闭及锁定”和“互锁解除”信息,接口采用安全型干接点双断硬线连接,接口分界点在屏蔽门控制设备外的线端子排。
(6)列车在ATP停车窗范围内停稳后,ATP车载单元会发出打开列车车门的信号。当列车车门打开,ATP车载单元一个持续的故障安全输出则会切断列车的牵引系统。这是为了防止列车在车门开启的情况下人为地启动列车。
(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根据接收来的2个不同的PSD编码(对应PSD开门的编码)驱动2个继电器输出,它们是表示“PSD开门”命令的接口。为了产生一个持续的控制信号,ATO需不断发送“PSD开门”命令,直到屏蔽门被请求关闭为止。
(8)如果列车车门关闭(人工或自动),屏蔽门也随之关闭,这些报文会通过PTI通道传输到轨旁单元。目前广州1、2号线列车只有人工关闭车门功能。
(9)ATP车载单元在关闭车门的同时,输出关闭屏蔽门命令。只有收到列车车门关闭好,且通过ATP报文接收到屏蔽门的“关闭及锁定状态”信息后,列车牵引系统才被释放,ATP才允许启动列车。
(10)开左门或开右门应与站台的位置和列车运行方向相符合。如在换乘站(如公园前站),屏蔽门的开关要根据有利于乘客导向的原则来进行设计:先开下客侧的屏蔽门,后开上客侧的屏蔽门。
(11)屏蔽门系统发生故障,或屏蔽门实际已关闭但因故不能有效地把“关闭及锁定状态”信号传送给ATP系统时,司机只有按“PSD互锁解除”按钮,屏蔽门系统才能给ATP系统送出“互锁解除”的信号,用以切断屏蔽门系统和信号系统间的联锁关系,ATP才允许启动列车。且司机必须在每次发车前都按下“PSD互锁解除”按钮,直到故障修复为止。
(12)屏蔽门系统应为每侧站台提供一组接口与信号系统连接,因此,岛式站台和侧式站台有两组接口,一岛两侧式站台有四组接口(如公园前站)。
(13)由于广州地铁1、2号线的列车编组方式相同,在信号系统中没有考虑采用不同的列车编组来开启对应的屏蔽门。
2信号系统与屏蔽门系统的接口控制
2.1接口信号描述
信号系统与屏蔽门控制系统之间使用信号控制电缆连接,使用继电、双断、安全型干接点等方式的接口电路。两系统接口信号的描述见表1。
2.2ATP子系统对PSD打开状态时的保护联锁设计
屏蔽门的状态通过ATP报文传输给列车。ATP子系统在屏蔽门不同的打开情况下监督列车的移动,并最终控制列车导向安全。其出现的情况有图1中给出的5种。
图1中:情况1和2若PSD打开,轨旁ATP会生成一个安全停车点让列车不能进入相应车站的站台。在情况1中,当列车制动距离小于列车与安全停车点的接近距离时,列车实施正常制动让列车在停车点前停车。而在情况2中,当列车制动距离大于列车与安全停车点的接近距离时,列车则要被实施紧急制动。在情况3中,列车在站台区域移动,同时收到“PSD关闭”改变为“PSD开门”的信息时,车载ATP单元会产生一个紧急制动。同样,在情况4中,车载ATP单元也会产生一个紧急制动,这是因为列车尾部还在站台区域内。在情况5中,列车已出清站台区域时PSD打开,这时列车不会产生紧急制动。通过上述的5种情况,确保在PSD打开的情况下禁止列车在站台区段移动,防止危及乘客的安全。
2.3接口硬线连接的安全设计
简单的故障会导致屏蔽门错误地开、关门,这是必须要防止的。现说明接口故障的安全设计。
2.3.1PTIMUX和PSD控制器之间的继电器盒
PTIMUX和PSD控制器之间采用继电器进行隔离,防止电气干扰影响信号系统。同时为提高安全性,接口电路采用4线双切线路。一个正常的PSD命令是由4个PTIMUX输出继电器组合确定的,可以避免“PSD开门”和“PSD关门”两个信号同时出现的错误。这些继电器会安装在PTIMUX上,通过复合的接点关系防止“PSD开门”和“PSD关门”命令的错误输出。其原理见图2。继电器盒的继电器输出状态与逻辑结果见表2。
通过其继电器控制电路逻辑结果分析,16种继电器可能的动作组合中,只有2种组合会产生正确的输出(PSD开门和PSD关门)。这样的设计也是为了防止继电器失误而产生错误的输出命令。
2.3.2报文容错
车载ATO通过PTI信标到PTI-MUX的整个传输通道的报文都有CRC(循环冗余码校验)进行校验。另外,列车停在停车窗位置范围时,整个PTI传输通道才连通,以确保其它情况下没有任何的报文接收,影响到PSD的功能。
2.4两侧都有屏蔽门的设计
该情况是列车可以打开左侧、右侧或者同时都要打开两侧车门的情况。
这里使用了6个继电器,其功能分别是:允许开门,允许关门,两侧门都开,开左门,开右门,关闭所有门。通过这6个继电器的接点组合控制PSD的命令输出:①开右侧屏蔽门,允许开门和开右门的继电器吸起;②开左侧屏蔽门,允许开门和开左门的继电器吸起;③开两侧屏蔽门,允许开门和两侧门都开的继电器吸起;④关闭屏蔽门,允许关门和关闭所有门的继电器吸起。继电器的输出状态和逻辑结果见表3。
如表3所述,只有上述的情况会产生命令输出,其它的组合是无效的。通过其继电器的互锁关系,确保不会因继电器错误动作产生有效的屏蔽门控制命令。如在公园前站这个需要两侧开门的换乘站,在设计上要考虑屏蔽门对乘客的导向作用,两侧屏蔽门要先开下客门再开上客门,而关门时要先关下客门再关上客门。这就需要在车载软件中设置两侧车门的开关延时时间。同样两侧屏蔽门开关的时间也应作对应的设置。
2.5车门与屏蔽门的同步
屏蔽门和列车车门的开门时间,会在小于1s内同步启动。屏蔽门和列车门关闭的时间应大致相同。同步要求的延误,主要是因为启动指令要从信号系统的车载设备传送到信号系统的地面设备,传送过程中会产生延误。关门同步实现起来比较容易。列车车门及屏蔽门收到关门命令也不是立即关闭的,而是都有一个延时时间。根据实际情况各自确定一个关门的延时时间即可。
3结语
屏蔽门系统与信号系统的结合提高了屏蔽门的自动性和安全性,在保证列车和乘客安全,实现快速、高密度、有序运行等功能的同时,为乘客提供了一个舒适安全的乘车环境。通过了解信号系统与屏蔽门系统之间的控制与监督,就能更深入了解屏蔽门系统的运作过程。
参考文献
1孙增田.广州地铁屏蔽门系统的方案比选.地铁与轻轨,2002(6):28
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（automatictraincontrol）系统主要有三部分构成，包括：列车自动防护（ATP—automatictrainprotection）、列车自动运行（ATO—automatictrainoperation）及列车自动监控（ATS—automatictrainsupervision）。ATP系统分为轨旁ATP和车载ATP，负责对列车的运行进行保护，对列车进行超速防护、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
（1）ATS自动监控模式：一般情况下，该运行模式对在线列车的运行进行自动监控，并向列车自动发出进路指令，列车在安全保护下司机按照规定的运行时刻表驾驶列车。
（2）调度员人工介入模式：调度员在工作站下达相关的列车运行指令，并人工干预全线列车的运行。介入的内容主要包括对列车进行“扣车”、“终止”、改变行车路线、列车增减等。
（3）列车出入车场调度模式：列车调度员在当天列车运行时刻表的指导下编制列车的运营计划及场内行车计划，并上传至控制中心。车场信息值班工作人员根据运营计划调整相应的进路信息，以满足列车的行车需求。
（4）车站现地控制模式：一般情况下只有设备集中站参与到列车运营控制，车站联锁及车站ATS系统结合实现对车站及中央二级控制权的调整。经中央ATS设备故障后车站值班工作人员的申请后，并经调度员同意后，可改由车站现地控制。
（5）车场控制模式：场地值班人员根据用车计划对列车的出入场及场内的作业安排进路排列。
2项目管理及生命周期
项目管理，作为管理学中最为重要的分支学科，一般是指在项目活动过程中，应用专门的知识、技能、工具及方法，并在项目可利用的有限项目资源条件下，实现或超过预期的需求及期望的活动过程。项目管理，主要是对成功实现系列目标相关的活动进行整体的检测及管控，包括策略、进度计划即维护项目活动的进展。一般而言，项目管理内容主要包括对项目范围、项目时间、项目成本、项目质量、项目人力资源、项目沟通及项目风险等内容的管理。项目管理主要经历项目需求调研、项目分析、项目设计、项目实施、项目上线及项目运维跟踪等生命周期。
3轨道交通信号系统项目管理模式
3.1城市轨道交通信号系统项目特点
与其他的项目相比，城市轨道交通信息系统拥有独特的建设特性及建设目标，主要体现在以下方面：首先、需按照地铁业主的时间要求，保质保量地完成轨道建设，确保顺利开通运营。其次、需完成相关设备的安装调试、以确保设备的正常运转。
3.2城市轨道交通信号系统项目管理模式
项目管理生命周期中不同的阶段有相应的管理任务，需使用到多种技术与工具，信号管理项目管理需完成以下的实践过程：
3.2.1信号系统项目集的定义
项目集定义阶段，主要包括对项目期望收益的定义，对关键成功要素的确定及对项目集所需的资源进行估算，并进行论证商业过程。而城市轨道交通信号系统，在项目集定义阶段主要有两方面的内容：第一、掌握用户运营层面的需求，熟悉城市轨道交通建设的标准流程，以满足信号系统的国产化率达到70%的目标。第二、努力成为信号系统供应商，掌握信号系统领域的核心科技，并提供信号系统领域的完整解决方案，以实现自主化发展目标。而信号系统项目集资源管理，主要是估算人力、财力及物力。而商业论证的任务，主要在于对项目集进行合理性方面的论证，这是信号系统成功的关键因素所在。
3.2.2信号系统项目集的启动
启动阶段，一般包括项目经理指派、项目章程制定、收益分解结构分解、项目资源预算编制、项目路线图制定等方面的内容。信号系统项目集经理需同时与多个项目经理或者职能经理打交道，因此指派的项目经理需在沟通和协调方面拥有较强的能力，并具备较强的说服能力。而项目章程的制定，需从信号系统项目集的愿景、核心目标及期望收益等方面出发。对于信号系统项目集而言，路线图就是项目的进度计划，一般是由里程碑构成。而商业论证是启动阶段最为重要的成功之一，等待规划阶段的审批。
3.2.3信号系统项目集的规划
（1）明确项目的发展方向，主要包括项目愿景、任务和战略目标。
（2）为项目成功构建必要的组织，主要包括政策、流程、角色与职责的定义，并解决项目进展中的各种争端。
（3）控制、监控、评估及审批项目变更，以确保实现项目目标和收益。
3.3信号系统项目集的实施与监控
高频信号干扰方式主要通过三种方式实现计算机系统的窜入：第一种是借助空间中所存在的电磁波辐射来实现对于主控机的干扰，进而影响总体传送效果，而前端机的干扰则严重影响了其总体的传送效果，其通过屏蔽室就能够实现抗干扰；第二种则是通过信号传输线来进行干扰，进而使得信号的取样效果受到影响；第三种则是干扰信号借助接地线来实现干扰，进而致使计算机监控系统受到严重影响。这种信号干扰使得广播电视系统监控系统受到了非常大的影响，进而需要采取有效的手段来实现抗干扰。
1.1接地原则的掌握来实现超强的抗干扰能力
在不同的两点之间底线的连接中，其中的干扰性电压一般能够达到几十伏，但是却不能够完全忽视其中的电磁波干扰。由于地线至中所存在的干扰性电波致使发射机在工作过程中存在很强的阻抗能力，进而使得监控系统受到十分强烈的干扰，如果监控系统受到十分剧烈的干扰就使得广播电视信号发射监控系统的正常工作得不到保障。因此，为了能够保障其正常的信号发射监控，避免出现高频干扰，这就需要掌握接地原则。所谓的接地原则就是指在低频电路之中，各个元件和布线上其电磁感应的影响比较弱，这就需要将其中的一条线路与地缆相连接，进而实现其干扰程度的大大降低。
1.2通过平衡方式信号的传送来实现抗干扰能力的提高
为了能够实现信号传输过程中的信号干扰，在前端机的信号输入上和传感器信息的输出上就需要利用双绞线的平衡式信息传输，进而实现初始信号的平衡，进而减少不平衡的信号传送，影响正常的信号接收，而双绞线的信号传送方式能够实现对于干扰信号的一种抵消。在发射机房的接地高频系统的设定与屏蔽系统之间的双绞线连接主要采用一对二芯的评比方式，进而避免出现高频电磁波辐射的屏蔽和感性之间的窜扰，因此这样的设计方式能够使得故障出现时通过问题的查找和排除能够实现高效性和便捷性，进而使得信息传输系统更加高效。
2结语
“非电量检测与信号处理系统的研制”项目是2012年本教学团队结题的院级自然科研项目。该项目以服务《信号与系统》课程教学为基本目标。经过研制开发，达到了预期设计要求，尤其是在航空传感器数字信号处理等具有挑战性和较高技术含量的领域做了大量深入的研究，取得了较好的成果。航空非电量的电测法就是将各种航空非电量(如温度、压力、加速度、姿态角、高度、位移、应变、流量、液位等)变换为电量，而后进行测量的方法。非电量检测与信号处理系统是严格按照航空非电量检测相关技术规范研制开发的，其特性具体体现在以下几个方面。(1)实用性:本项目平台是很好的开放式平台，有利于《信号与系统》课程改革;(2)可操作性:由于人机交互在上位机进行，可操作性极强。经过多次上课使用证明，系统整体稳定可靠，数据采集准确，数据分析算法先进，具有较强的实用价值;(3)升级特性:在基本硬件保持不变的情况下，本系统具有较为简单、方便、快捷的升级特性。另外，增加新的传感器硬件模块也比较容易。非电量检测与信号处理系统的功能展示生动、形象、直观，集创新性、知识性、趣味性于一体，在教学展示中易于激发学生的创新意识和学习主动性、积极性。另外，由于非电量检测与信号处理系统集成了许多先进和实用技术，所以，本系统的成功研制为今后进一步的科学研究积累了宝贵的经验，同时，也为教学工作及学生科技活动积累了丰富的素材。本系统的上位机由主控计算机及信号处理单元构成，下位机则是由各个传感器为核心的功能模块所组成。主控计算机是分布式控制系统的上位机，由一台高性能PC承担，主要用于人机交互、系统管理、控制决策、任务调度、运动规划、信号处理等。测量部分由多种航空传感器组成(参见图1)。以该系统作为教学实验的平台载体来真实地反映《信号与系统》理论在航空测控系统中的应用，取得了良好的上课效果。无论是卷积、傅立叶变换、拉普拉斯变换还是z变换等，学生都能在该设备上编程验证。这种可编程的硬件平台比MATLAB仿真更为直观和有效。
二、以学期项目为载体全面提升学生综合素质指标
然而，光是靠上述研制成果讲授《信号与系统》课程还不够。原因是学生的动手能力还停留在使用该设备进行理论验证的阶段，还为达到设计的阶段。为此，研究团队在本专业开发了一系列学期项目，并在每学期实施一门学期项目的教学。从一开学就布置学期项目的项目任务，学期结束才需要学生提交项目作品。学生在整个一学期当中，把《信号与系统》充分结合《模拟电子技术》《高频电路》《数字电子技术》《单片机技术与应用》《Protel》《C语言程序设计》《电子测量与仪器》《传感器与仪表》《误差分析与数据处理》等课程，有足够的时间去思考项目的方案、精心设计硬件和软件，经历较为复杂的调试阶段后，最终做出达到性能指标的作品，并撰写项目报告，上台用PPT演讲自己的作品。《信号与系统》课程从系统设计上起到统领全局的作用，而其它课程用于项目的具体制作和调试。本教研团队总共安排了4个学期项目，其中学期项目3是《飞行数据采集》、学期项目4是《航空测控系统设计》。这2个学期项目面向航空电子行业，以具体项目为驱动，需要学生把《信号与系统》课程中的内容结合航空电子工程进行设计、制作、装配、调试、测试、检修等工作。以学期项目作为《信号与系统》课程的载体，实现了以学生为主体的教学。学生在强大的兴趣驱动下保持主动学习和研究的动力。很多课程的知识点在作品中得以体现。为了工程实现，不少学生还自学了课程中的建议选学的内容。因此，《信号与系统》课程得到学以致用。学期项目的逐学期实施，也就同时在为电子设计竞赛、技能大赛锻炼和选拔人才。学生在平时就打下了良好的基础，有利于他们参赛并获奖。最终目的是培养出企业所需要的综合素质全面的人才。本专业2012级的学生有18人进入了开放实验室，参加了大学生电子设计竞赛，并取得了不错的成绩。在2014年大学生电子设计竞赛中有3个参赛组获得一等奖，3个参赛组获得二等奖。学生现今正在单位参加顶岗实习，他们的主要工作是产品设计。个别动手能力突出的优秀学生直接当上了项目经理。
三、以导师制实现因材施教
学生群体的基础差距很大，且学习习惯、学习能力差别也很大。在面向航空的以学期项目为载体的《信号与系统》的整个教学过程中，如果还进行整齐划一的无差别教学，将使得基础较差的同学无法跟上课程进度，而理解力强的同学又发挥不出自己的才能。本教研团队尝试了以开放实验室为基地，实施导师制教学。导师并非一定要本校或者企业专家担当。“三人行，必有我师”。我们实施的是学生教学生的导师制。在本专业高年级的学生中选拔最优秀的10名学生给低年级学生当导师。这10名高年级学生全部参加过电子设计竞赛并获奖，全部都是老师的科研项目团队成员，拥有较为丰富的实践经验。选他们当导师，还同时锻炼了他们的表达与沟通能力、组织与协调能力、领导能力。一个班级分为10个小组，每个小组就有1名高年级学生当导师。每个小组中最优秀的学生当组长。导师与学生之间交流渠道完全畅通。由于导师也是学生，因此导师天生与学生容易沟通。导师与学生之间除了上课交流、辅导课交流以外，还有全天候的QQ交流。这种导师制大大减轻了本专业的师资人数不足的负担，而同时打造了一支科研能力很强的学生队伍。同时，教室上课只占用少量时间，大量时间花在课后的设计和制作，改变了传统教学以教师为主体的局面。以此类推，每一届学生中都要选拔10名左右的学生给下一届学生当导师。因此，面向航空电子业、以学期项目为载体的整个《信号与系统》教学过程都有学生导师指导。
四、考核方式的改进
良好的考核方式将有力促进学生的学习，更客观地评估学习效果。在面向航空的以学期项目为载体的《信号与系统》的考核方式设计中，本团队进行了较大的改革，除了对项目成果本身进行结果考核外，加强了对学习全过程的考核。在过程考核中纳入了综合素质指标。把综合素质指标融入项目教学的全过程，以学生为主体实施教学与评价。(1)项目布置阶段(含方案设计):考核学生的专业知识、职业技能、基本素养;(2)作品制作阶段:考核学生的专业知识、职业技能、资讯能力、敬业合群、诚实守信、学习能力、创新能力、安全环保意识、外语能力、抗压能力;(3)撰写报告阶段:考核学生的书面表达沟通能力、资讯能力;(4)提交报告:考核执行力;(5)答辩阶段:考核口头表达沟通能力、抗压能力。所有的综合素质指标的分数将生成一个雷达图。该图反映了学生的综合素质。有利于学生找到自己的能力素质上的不足，从而调整努力的方向。同时也有利于企业选择录用新员工。考核方式的革新可避免原有结果考核的一次期末考试就定胜负所带来的缺点。新的考核方式要求学生平时都要努力，才能最终完成《信号与系统》课程的学习，避免了学生平时不上进而最终积重难返之后果。此外，综合素质指标考核有利于老师对学生平时的学习状况的跟踪，以便让学生导师有针对性地加强辅导和交流，让差生获得必要的帮助，跟上所在项目小组的进度。
五、结论
购物车(0)