摘要：目前车载铁路信号处理设备,采用TI公司的浮点DSP (Digital Signal Processor, DSP) TMS320VC33作为主处理器,但是该处理器60MIPS(Million Instruction Per Second,MIPS)的处理能力越来越不适应目前铁路高速、可靠、稳定的要求,并...
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摘要：目前车载铁路信号处理设备,采用TI公司的浮点DSP (Digital Signal Processor, DSP) TMS320VC33作为主处理器,但是该处理器60MIPS(Million Instruction Per Second,MIPS)的处理能力越来越不适应目前铁路高速、可靠、稳定的要求,并且TI公司已经不再推荐使用该芯片,VC33面临着被淘汰的危险。由于列车的不断提速,对铁路车载设备的要求越来越高,同时要求铁路信号的解调越来越可靠、实时、精确。随着数字信号处理技术的发展和高性能处理器的日趋成熟,针对轨道信号检测的研究纷纷摒弃了传统的时域分析法,产生了很多种算法,频谱分析法、短时傅里叶变换、小波分析法、希尔伯特-黄变换算法等等,但由于VC33内部资源和运算速度的限制,有些算法并未广泛投入使用,而且传统的DSP应用软件开发,完全由用户程序控制DSP,对开发者来说门槛高且软件开发周期长,系统可靠性差。基于实时多任务操作系统(Real Time Operation System, RTOS)的软件设计,可大大减小程序编写的工作量和出错的可能,是目前嵌入式应用领域的一个发展倾向。因此选择新型浮点DSP,使用实时操作系统,并且在此系统的基础上建立轨道信号开发平台,具有很大的现实意义。
针对以上问题,本文结合近几年研究的成果,从三主面研究上述问题。(1)在硬件系统方面,本文通过比较市面上几款应用广泛、工业级的浮点DSP的性能,选定了运行速度较快且支持实时操作系统的新型浮点DSP OMAPL138芯片。该芯片是双核处理器,内置DSP核和ARM核,正好可以代替目前车载系统中分离的DSP和ARM组合,从而可以大大提高系统的可靠性；(2)在解调算法方面,由于OMAPL138未曾实际应用到轨道信号处理中,作为换代CPU芯片,应该确保其可靠和稳定,故采用目前铁路上使用广泛的频潜识别的方法解调移频轨道信号,并且在L138系统上实现。(3)在软件结构设计方面,以嵌入式实时操作系统DSP/BIOS为平台,使用其可视化配置工具和种类丰富的API函数,采用C语言和汇编语言混编程的方式,将信号的采集、处理以及显示以软硬件中断和任务线程的模式交由DSP/BIOS管理和调度,并在OMAPL138硬件平台上完成对轨道信号的解调。
本文在无噪声情况下对两种制式的铁路信号做出相应的分析。通过从OMAPL138实验系统上得到的数据表明,在理想状态下,上下边频、中心载频的解调误差在0.3Hz以内,调制频率的解调误差在0.02Hz以内,解调速度有了很大的改进,实验证实该方法是可行的。
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