Z-FFT变换在站内轨道信号解调中的应用
提出了基于z-fft变换解调站内zpw-2000a轨道电路信号，实现站内闭环电码化机车信号的实时检测。该设计以双路tms320f2812的dsp为硬件核心，双路dsp同时经过z-fft变换解调出低频和栽频信号，通过dsi的spi口实时对解调出的信息进行比较，提高了系统的可靠性。
1 系统的整体工作原理
车站闭环电码化系统由电码化发送设备、传输通道、电码化检测设备和道旁单元等构成，如图1所示。发送设备将叠加的zpw-2000a轨道电路信号和25 hz相敏轨道电路信号通过传输通道发送到轨面，控制列车安全运行。检测设备通过传输通道，采集轨面的叠加信号，并与解调前的zpw-2000a轨道电路低频和载频信号进行比较，并把检测后的信息传给联锁设备和维护终端，若不一致，给出报警信息。
2 车站闭环电码化检测设备的实现
车站闭环电码化检测设备的主要功能是轨道电路信号解调。下面介绍解调的硬件和软件实现。
2.1 硬件实现
硬件实现总体框图如图2所示。采用了ti的tms32f2812处理芯片，主频达150 mhz，时钟周期为6.67 ns，spi串口;两个16 kbit saram模块。由于z-fft变换中存储的数据量比较大，内部sram不能满足要求，外扩了两块 sram(cy7c1901 av3.3)，cytc1901av3.3是一款16mbit的高速静态ram，工作电压位3.3 v与dsp的端口工作电压一致，最大访问时间10 ns。同时由于内部a/d采样误差较大，为提高系统频率的分辨率用外部a/d进行信号采样。ad7865是一款快速、低功耗、4通道、14位同时采样模数转换器，输入电压范围为±10 v、±5 v或±2.5 v，且输入有过压保护。硬件电路采用双路dsp解调站内轨道电路信号，提高系统的可靠性。
2.2 算法实现
由于fsk信号是带通信号，为了提高系统的分辨率用欠采样技术和z-fft变换实现信号的解调。
2.2.1 欠采样分析
根据nyquist带通信号采样定律，欠采样的频率满足式(1)和式(2)。
其中，k为频率偏移常数，频带b=(fh-fl)/2;fh为带通信号的上边频;fl为带通信号下变频。
根据上述分析可得出zpw-2000a轨道电路载频频率和采样频率对应如表1所示。
2.2.2 z-fft分析
图3为z-fft工作原理框图。
z-fft就是把感兴趣的频谱进行细化，具体的工作步骤为：
(1)将感兴趣的的信号频谱进行搬移，将fl搬移到零点，fh搬移到fh-fl。
(2)根据感兴趣的信号频谱带宽设计一个低通数字滤波器，低通数字滤波器的截止频率应大约fh-fl，小于重载采样频率的1/2。
(3)对已经缩小范围的信号，进行重新采样，每隔k(k
(4)fft变换。
图4和图5是站内闭环zpw-2000a轨道电路信息频率细化前后的频谱图，载频为1700hz，低频为10.3hz。
3 软件流程图实现
由于z-fft算法中fff变换的长度为4 096，要对ti提供的1024点的fft算法库作修改，改成4 096点的fft变换。
4 数据分析
站内闭环电码化zpw-2000轨道电路信号检测解调数据如表2所示。
从表2的数据可以看出，载频的分频分辨率<0.3 hz，低频的频率分辨率<0.15 hz，均满足相关规定。
5 结束语
本设计是对站内闭环电码化zpw-2000a轨道电路信号检测解调，实现站内轨道电路的闭环检测，保证列车在站内安全运行。同时在设计中采用了双机热备，满足铁道部规定的故障导向安全的要求。
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其中，k为频率偏移常数，频带b=(fh-fl)/2;fh为带通信号的上边频;fl为带通信号下变频。
根据上述分析可得出zpw-2000a轨道电路载频频率和采样频率对应如表1所示。
2.2.2 z-fft分析
图3为z-fft工作原理框图。
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(1)将感兴趣的的信号频谱进行搬移，将fl搬移到零点，fh搬移到fh-fl。
(2)根据感兴趣的信号频谱带宽设计一个低通数字滤波器，低通数字滤波器的截止频率应大约fh-fl，小于重载采样频率的1/2。
(3)对已经缩小范围的信号，进行重新采样，每隔k(k
(4)fft变换。
图4和图5是站内闭环zpw-2000a轨道电路信息频率细化前后的频谱图，载频为1700hz，低频为10.3hz。
3 软件流程图实现
由于z-fft算法中fff变换的长度为4 096，要对ti提供的1024点的fft算法库作修改，改成4 096点的fft变换。
4 数据分析
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