時間：2023-03-07 15:03:57
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作者：王偉何濤強生杰單位：蘭州交通大學
數(shù)據(jù)輸入后先轉(zhuǎn)化成ASCII二進制碼進行傳輸，通過調(diào)用m序列生成函數(shù)進行相加，產(chǎn)生擴展后的數(shù)據(jù)，然后將擴頻碼轉(zhuǎn)換為BPSK(1,-1)序列，數(shù)據(jù)傳輸時進一步將BPSK雙極性轉(zhuǎn)換到單極性，最終在數(shù)據(jù)輸出端進行m序列解擴，再結(jié)合解調(diào)過程將ASCII二進制碼轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)。從圖3(b)中可以看出數(shù)據(jù)展寬后可以明顯降低信號功率密度，調(diào)制后傳輸?shù)男盘柡桶自肼暰哂泻艽蟮南嗨贫?，可以實現(xiàn)高隱蔽性傳輸。從圖3(c)和圖3(d)對調(diào)制信號包絡(luò)，相干載波相位模糊度及其對解調(diào)數(shù)據(jù)的影響等性能對比，得出BPSK調(diào)制出傳輸過程中具有高的抗干擾能力和頻譜利用率。最終解擴和解調(diào)后的輸出數(shù)據(jù)(e)和輸入數(shù)據(jù)圖3(a)具有高度的一致性，可見此擴頻方式具有很強的抗干擾性。
理論優(yōu)勢（1）抗干擾能力強。直接擴頻通信系統(tǒng)中，解擴器端輸入與輸出信號功率保持不變，而對于干擾信號解擴過程相當于進行擴頻，干擾功率被擴展到很寬的頻帶上，功率譜密度下降，這使得解擴過程中輸入端的干擾信號功率大大降低。通過帶通濾波器的濾波，大部分的干擾信號被濾除，有用信號則被保留。另外，擴頻系統(tǒng)對各種惡劣天氣時通信鏈路造成的影響進行抵抗，與傳統(tǒng)微波相比可以進行跨江傳輸，在海面的長距離優(yōu)質(zhì)傳輸。這些優(yōu)勢適用于鐵路系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下安全可靠的進行信號傳輸。（2）可以實現(xiàn)多址通信系統(tǒng)。多個通信在信息發(fā)送端和接收端使用相同的偽隨機序列，而不同的通信則使用不同的偽隨機序列，這樣就實現(xiàn)了在相同載頻下互不干擾的通信，實現(xiàn)頻率復(fù)用，從而充分利用了頻譜資源。由此可以進行機動靈活組網(wǎng)，有助于統(tǒng)一規(guī)劃，分期實施，便于擴充容量，有效地保護前期投資。（3）有效抗多徑干擾。在直接擴頻通信系統(tǒng)接收到電波后，將同步鎖定直達路徑且信號最強的電波，其余電波由于非直達，會延時到達，在相關(guān)解擴作用下只作為噪聲。另外，接收端把多路徑來的同一碼序波形相加使之得到加強，從而實現(xiàn)抗多徑干擾。（4）隱蔽性強，對其它系統(tǒng)干擾小。擴頻過程單位面積信號發(fā)送功率極低，隱蔽性強。低的功率譜密度，不容易被探測到，被截獲的可能性降低，所以實現(xiàn)了其安全性方面的要求。同時，低功率譜密度讓發(fā)射信號近似于噪聲信號，而擴頻信號可以在信道噪聲和白噪聲背景中傳輸，降低了對其它系統(tǒng)的干擾，增強了與其它系統(tǒng)的共存度。由于此系統(tǒng)的無線鐵路信號傳輸過程中電磁干擾大幅度降低，不僅有利于將擴頻通信系統(tǒng)應(yīng)用于電氣化鐵路區(qū)段和弱場強區(qū)電磁環(huán)境，而且適于將其大規(guī)模應(yīng)用到干線鐵路中。（5）精確測距和定時。將應(yīng)用周期長及偽隨機碼作為傳輸信號，比較從目的地反射回來的偽隨機序列與原序列的相位，就可以得出時間差，由此也可實現(xiàn)定時操作，進一步利用傳輸速率和時間差的相乘即得出距離。相對于傳統(tǒng)的軌道電路定位，擴頻通信系統(tǒng)傳輸容量較大并且適合長距離傳輸，這有助于減少鐵路測距定時設(shè)備，降低設(shè)備投資，便于維護。也可以作為原有測距定時設(shè)備的冗余，與原測距設(shè)備值進行比較，提高測距定時的安全可靠度。
擴頻通信屬于數(shù)字通信，是適合大容量高速率通信的系統(tǒng)，其加密功能和保密性，從一定程度上提高了鐵路信息傳輸?shù)陌踩煽啃?。擴頻通信系統(tǒng)容易實現(xiàn)碼分多址，結(jié)合計算機及網(wǎng)路技術(shù)有助于鐵路系統(tǒng)更快速的應(yīng)用高新技術(shù)，從而使鐵路系統(tǒng)向更加安全高效發(fā)展。另外，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)絕大部分使用的是數(shù)字電路，設(shè)備集成度高，安裝簡便，易于維護，更小巧可靠，擴展容易，平均無故障率時間也很長。目前，廣州地鐵和北京地鐵等多個軌道交通項目中均采用了基于直接序列擴頻技術(shù)的無線移動閉塞信號系統(tǒng)，為今后大規(guī)模成功應(yīng)用于干線鐵路提供了參考。
由于普通的計算機控制系統(tǒng)安全性差，無法對外部輸入信息的準確性進行判斷。當系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，無法保證系統(tǒng)安全的能力，這些因素都限制了計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用。當前，我國干線鐵路上使用的計算機連鎖系統(tǒng)主要為國外鐵路信號公司的容錯計算機控制系統(tǒng)，成本較高。所以，我國鐵路科研院逐漸將安全、鐵路信號控制系統(tǒng)作為主要的研究工作來開展。
2鐵路信號系統(tǒng)無線通信的基本要求
2.1通信結(jié)構(gòu)
鐵路信號系統(tǒng)遠程控制技術(shù)在保證鐵路信號系統(tǒng)安全運行方面具有重要意義。相較于繼電連鎖系統(tǒng)來說，計算機連鎖系統(tǒng)的綜合性能更好。所以，車站連鎖系統(tǒng)也逐漸從繼電裝置專變成了計算機系統(tǒng)。事實上，計算機連鎖系統(tǒng)是一個滿足安全、故障信號的連鎖邏輯運算系統(tǒng)。而邏輯上，可以將運算系統(tǒng)分為監(jiān)控層、控制設(shè)備層和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)三個模塊。其中關(guān)聯(lián)系統(tǒng)主要包括調(diào)度集中、聯(lián)鎖機、模擬屏、調(diào)度監(jiān)控、復(fù)顯等內(nèi)容；監(jiān)控層主要是指計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)對調(diào)度機車信號和站場狀態(tài)進行監(jiān)測和控制的設(shè)備；控制設(shè)備層主要控制電源屏無線通信、I/O、PLC和電源屏的無線通信、I/O的通信。
2.2通信設(shè)計
2.2.1控制設(shè)備之間的無線通信
控制設(shè)備主要是用來對現(xiàn)場的多個I/O設(shè)備進行控制，常規(guī)的方法將多路器布置在現(xiàn)場，然后將輸入/輸出模塊和端子排連接，并利用現(xiàn)場總線技術(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場放置I/O模塊。所有的現(xiàn)場子站都可以利用一根電纜連接起來，從而把所有的現(xiàn)場信號簡單方便的傳送到控制室的監(jiān)控設(shè)備上。
2.2.2控制設(shè)備和監(jiān)控站的通信
監(jiān)控站通信主要傳遞安全信息數(shù)據(jù)，利用PLC和聯(lián)鎖機之間的串口和監(jiān)控站連接實現(xiàn)信息的傳遞。因而PLC和聯(lián)鎖機之間使用CCM傳輸協(xié)議進行傳輸。為了屏蔽外界的干擾，提升數(shù)據(jù)的準確性，將讀取的PLC數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)，向聯(lián)鎖程序提交。此外，該通信程序還可監(jiān)督PLC和聯(lián)鎖機運行狀態(tài)。由于每次通信時，聯(lián)鎖機都會對PLC的約定內(nèi)部寄存器進行檢查，此寄存器只可以利用聯(lián)鎖機置位PLC進行復(fù)位。在檢查的過程中，如果PLC置位時間不對，就表示PLC工作異常。同理，如果PLC發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖機置位不按時，證明連鎖機的也不能正常工作，為了確保系統(tǒng)安全運行，會立即發(fā)出報警信息，并會進行安全處理。
2.3關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間通信技術(shù)
關(guān)聯(lián)系統(tǒng)主要是計算機之間利用互聯(lián)網(wǎng)進行通信，可以利用RS-485和RS-232達到通信目的。而局域網(wǎng)中的通信可以利用Socket的接口實現(xiàn)，局域網(wǎng)中電腦可以通過撥號的方式和互聯(lián)網(wǎng)機械通信，也可以連入專網(wǎng)進行通信。
3無線通信技術(shù)的特點
目前，無線通信技術(shù)主要有433Hz頻段、2.4Hz頻段、藍牙、紅外等。在高速行駛高速鐵路上，如果距離小可以使用這些無線技術(shù)。但是如果距離很遠的時候，無線通信的距離也就相對較遠，利用無線通信可以避免使用中繼設(shè)備。鐵路信號系統(tǒng)作為指揮鐵路運行的系統(tǒng)，在運行的過程中，可以利用信標和全球定位系統(tǒng)來保證鐵路的位置和速度。車站在收到設(shè)備信息后，會經(jīng)過信息發(fā)送到執(zhí)行控制計算機中。在鐵路信號系統(tǒng)中，無線通信技術(shù)主要有以下特點：（1）可以對鐵路的運行情況進行更加穩(wěn)定的控制，不僅可以防止列車運行情況下速度過快或者多次發(fā)動，并且可以有效地節(jié)省資源。（2）在一些關(guān)鍵的控制系統(tǒng)中,列車按照操作狀態(tài)和自身情況進行調(diào)節(jié)，利用計算機對列車進行輔助調(diào)整，進而提高鐵路信號系統(tǒng)的管理水平；（3）省去地面上的信號設(shè)備，降低了信號系統(tǒng)設(shè)備的維護資金；（4）無線信號適應(yīng)能力強，可以提高列車的行進速度，可以對系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)進行遠程調(diào)節(jié)。不過，在使用無線通信技術(shù)時，鐵路信號系統(tǒng)中也有一些問題存在，例如一些設(shè)備的成本較高、高速鐵路列車的運行速度和電碼傳送速率不符合。
4無線通信技術(shù)在鐵路信號系統(tǒng)中的應(yīng)用
4.1集中調(diào)度中的應(yīng)用
在集中調(diào)度系統(tǒng)中，調(diào)度中心科員按照車站的區(qū)段閉塞情況和法線占用情況了解列車的運行，并根據(jù)收集到的信息對進路進行排列。但是，使用無線通信技術(shù)可以使控制系統(tǒng)詳細了解列車的運行速度和位置，并根據(jù)沿線信號系統(tǒng)的基本情況，向列車傳遞控制信息，確保列車穩(wěn)定、安全、快速地運行。通過利用無線通信技術(shù)，可實現(xiàn)控制中心和列車之間的雙線數(shù)據(jù)傳輸，為列車的運行提供了便利，達到自動指揮的目的。
4.2微機聯(lián)鎖中的應(yīng)用
在微機聯(lián)鎖中應(yīng)用無線技術(shù)，可以將信號機的閉鎖狀態(tài)、道岔情況等發(fā)送至主控中心，并使用道旁接口單元對主控中心傳達的控制命令進行接收，達到控制信號機動作和道岔的目的。此外，道旁接口單元可以使用無線信道和控制中心取得聯(lián)系，然后利用電纜和現(xiàn)場設(shè)備進行連接，達到控制、檢測輔助子系統(tǒng)的目的。當前，無線通信技術(shù)在微機聯(lián)鎖中的應(yīng)用需要增加運營成本，并且一些比較大的車站對無線信號干擾比較大，還沒有得到廣泛的推廣和應(yīng)用，不過在微機聯(lián)鎖中應(yīng)用無線技術(shù)的前景是非常不錯的。
4.3無線通信技術(shù)在中繼器中的應(yīng)用
在鐵路運行過程中，想要實現(xiàn)每一個鐵路都設(shè)置通信基站難度是比較大的。這樣設(shè)置不僅會導(dǎo)致設(shè)備投資增加，并且會使無線通信鐵路信號系統(tǒng)喪失意義。而利用中繼器，基站可以使用中繼器進行射頻信號的發(fā)送和接收，進而實現(xiàn)基站同時，管理線路、車輛以及基站區(qū)域范圍中的站區(qū)。
4.4使平交道口的通過率提升
1.1中短波電臺的現(xiàn)狀
中短波電臺在歷史上為保證航行安全做出了重要貢獻，至今仍承擔海上通信安全、遇險、救助等任務(wù)。目前在我國沿海有上海、廣州、天津、大連等電臺，它們的工作方式基本上是VHF，SSB，NBDP，Morse，覆蓋的頻段為400KHz到30MHz。由于各種通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，中短波通信受到越來越大的沖擊。不但它的應(yīng)用范圍上有很大的局限性，而且更是由于中短波電臺系統(tǒng)大多采用模擬方式，它的抗干擾性差，不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的噪聲使它的通信質(zhì)量難以得到保證。目前，通信數(shù)字化技術(shù)已相當成熟，基于這個技術(shù)本論文提出了中短波通信數(shù)字化的觀點。數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)不同，它的特性不易隨使用條件的變化而變化，數(shù)字信號可以存儲，可以按照理論算法運算，可以獲得較高的指標。這些特點決定了中短波通信的噪聲可以通過數(shù)字化來解決。
1.2中短波電臺的發(fā)展方向
在我國不同區(qū)域、不同級別、不同用途、不同波段的無線電臺很多，無線電臺的這些特點，不但使相互間的聯(lián)合通信很困難，也給電臺的功能擴展增加了難度，同時更為重要的是，它使電臺無法適應(yīng)新技術(shù)的飛速發(fā)展而及時更新?lián)Q代。因此采用數(shù)字化技術(shù)，對來自天線射頻的信號直接進行采樣，以通用的數(shù)字信號處理器為硬件平臺，用軟件來完成無線電臺的所有功能，是無線電臺的發(fā)展方向。
根據(jù)我國的目前的情況，改造現(xiàn)有的模擬電臺具有非常重要的意義，因為它是使通信設(shè)備向小型化、模塊化、數(shù)字化和軟件化過度的一種切實可行的方法。對于短波無線電臺而言，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字器件越來越多的應(yīng)用到HF收發(fā)信機設(shè)備中，現(xiàn)有的HF收發(fā)信設(shè)備普遍采用微處理器作為電臺控制，有的采用了數(shù)字式頻率合成器，采用了數(shù)字式天線匹配器，有的還采用了數(shù)字信號處理器以實現(xiàn)自適應(yīng)鏈路建立和抗干擾通信。
進入九十年代，國外的通信廠家推出的新型HF收發(fā)信設(shè)備，出現(xiàn)了數(shù)字化接收機，數(shù)字化發(fā)射激勵器、數(shù)字化電臺等設(shè)備。這類設(shè)備同以往設(shè)備的最大區(qū)別是采用數(shù)字信號處理技術(shù)代替了以往設(shè)備中與各種工作方式有關(guān)的模擬器件，這樣可以利用數(shù)字信號處理方面的許多優(yōu)點，例如在模擬設(shè)備中的邊帶濾波器的群遲延特性在通帶范圍內(nèi)是U型的，不是常數(shù)，而在數(shù)字信號處理中用FIR濾波器很容易實現(xiàn)群遲延特性為常數(shù)。
HF收發(fā)信設(shè)備數(shù)字化的實質(zhì)是收發(fā)信設(shè)備中信道部分的數(shù)字化，它采用數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)音頻與中頻之間的頻潛變換，涉及的內(nèi)容主要有音頻處理，各種工作方式的調(diào)制/解調(diào)，中頻及射頻的自動增益控制/自動電平控制。
HF收發(fā)信設(shè)備信道數(shù)字化后，由于采用了大規(guī)模集成電路取代分立元件，用軟件實現(xiàn)濾波器等功能，簡化了硬件電路，同時提高了性能指標和可*性，也增加了電臺靈活性，為軟件無線電打下了基礎(chǔ)。
現(xiàn)有的模擬式HF收發(fā)信機設(shè)備均采用2至3個中頻，否則無法實現(xiàn)高的性能指標。理想的數(shù)字化方案應(yīng)是*近天線的數(shù)字化，考慮到HF波段的特點和現(xiàn)有的技術(shù)，現(xiàn)在取消中頻直接在射頻上數(shù)字化在技術(shù)上是非常困難的，在目前是難以實現(xiàn)的，較好的數(shù)字化方案是應(yīng)該在較適中的頻率上數(shù)字化。
收發(fā)信機普遍采用高中頻的方案：第一中頻在40MHz到100MHz之間，受到硬件技術(shù)發(fā)展水平的限制，在一中頻實現(xiàn)數(shù)字化是非常困難的，因此HF收發(fā)信機的數(shù)字化主要集中在9MHz、2.5MHz、500KHz、200KHz。
高于200KHz中頻的數(shù)字化通常只采用兩個中頻，而低于200KMz中頻的數(shù)字化往往要采用三個中頻。采用三個中頻的HF收發(fā)信設(shè)備較采用兩個中頻的HF收發(fā)信設(shè)備的硬件電路要復(fù)雜。在較低的中頻上數(shù)字化是采用三個中頻的主要原因，目前的技術(shù)在二中頻上實現(xiàn)數(shù)字化己經(jīng)成熟，且在三中頻上數(shù)字化也沒有明顯的好處，所以新的數(shù)字化方案中避免在較低的中頻上數(shù)字化。
綜上所述，目前的HF收發(fā)信設(shè)備的數(shù)字化方案應(yīng)采用雙中頻方案，在二中頻上實現(xiàn)數(shù)字化，二中頻的頻率應(yīng)高于200KHz。在較高的中頻上實現(xiàn)數(shù)字化可以獲得較高的處理增益，達到較高的性能指標。
2．多級抽取數(shù)據(jù)處理原理
對于數(shù)字電視廣播信號反射回波的頻譜分布，我們只對其中心頻率附近可能出現(xiàn)的運動目標的一段頻譜感興趣，例如：由傳輸速率決定的數(shù)字電視廣播信號的頻譜寬度為432MHz，而實際目標可能覆蓋的頻段不會超過20kHz。如果對所有采樣點計算FFT，計算量非常大，且這樣的計算效率很低。如果采用信號抽取方法就可以做局部的譜分析，提高計算效率。實現(xiàn)局部頻譜分析的工作原理，如圖1所示。信號經(jīng)過復(fù)調(diào)制，把要進行分析的一段頻譜（例如X0附近）搬移到零頻附近，然后進行MB1的抽取，這樣在較少的點數(shù)下做信號頻譜分析，達到細化頻譜的目的。
但是當抽取因子M很大時，一次抽取對濾波器的特性要求很高，為濾波器的設(shè)計帶來困難。如果采用多級采樣率變換來實現(xiàn)抽取，不但可以簡化濾波器的設(shè)計，而且可以進一步減少計算量和系統(tǒng)的存儲量。
3．多抽樣率數(shù)字信號處理技術(shù)
在一個信號處理系統(tǒng)中有時需要不同的抽樣率。這樣做的目的有時是為了系統(tǒng)中各處需要不同的抽樣率，以利于信號的處理、編碼、傳輸和存儲，有時是為了節(jié)省計算工作量。使抽樣率降低的抽樣率轉(zhuǎn)換稱為抽??；使抽樣率升高的抽樣率轉(zhuǎn)換稱為內(nèi)插，抽取和內(nèi)插是多抽樣率信號處理的基木環(huán)節(jié)。
3.1多抽樣率數(shù)字信號處理
實現(xiàn)多抽樣率變換的基本方法包括：整數(shù)抽取、整數(shù)內(nèi)插、抽樣速率的有理數(shù)變換等。
（1）整數(shù)抽取
如圖2所示為整數(shù)抽取器的結(jié)構(gòu)，其中為抗混疊低通濾波器，其理想頻域響應(yīng)為：
（1）
設(shè)輸入信號的頻域響應(yīng)為，通過計算可得輸出信號的頻域響應(yīng)為
（2）
若滿足（1）式，則有。即整數(shù)抽取序列的數(shù)字譜是M個輸入序列經(jīng)頻譜擴展（M倍）和周期移位后的迭加譜，提高了信號的頻域分辨率。
圖2整數(shù)抽取器的結(jié)構(gòu)
（2）整數(shù)內(nèi)插
如圖3所示為整數(shù)內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)，其中為平滑低通濾波器，其理想頻域響應(yīng)為：
（3）
圖3整數(shù)內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)
設(shè)輸入信號的頻域響應(yīng)為，通過計算可得輸出信號的頻域響應(yīng)為
（4）
即整數(shù)內(nèi)插序列的數(shù)字譜是輸入序列經(jīng)L倍壓縮后的譜提高了信號的時域分辨率。
（3）抽樣速率的有理數(shù)變換
以上介紹的整數(shù)內(nèi)插與抽取都屬于采樣速率的整數(shù)變換，將其推廣可得抽樣速率的有理數(shù)變換。有理數(shù)（L/M）倍的速率變換可以這樣來實現(xiàn)：首先通過L倍內(nèi)插然后進行M倍抽取。其中為內(nèi)插低通濾波器與抽取低通濾波器合二為一，滿足下式，式中
（5）
3.2濾波器設(shè)計及實現(xiàn)
在多抽樣率系統(tǒng)中我們總是設(shè)法把乘法運算安排在低抽樣率的一側(cè)以使每秒鐘內(nèi)的乘法次數(shù)（MPS）最少。但在抽取器和內(nèi)插器中濾波的卷積運算都是在抽樣率較高的一側(cè)，例如實現(xiàn)抽取器的運算，如果先做抗混迭濾波的卷積計算然后抽取，則必然有很多計算工作是徒勞的，而且一個卷積運算又必須再在輸入信號的抽樣時間間隔內(nèi)完成，這樣就使得每秒鐘的乘法次數(shù)很高。在實現(xiàn)多抽樣率系統(tǒng)時，F(xiàn)IR結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。一方面它絕對穩(wěn)定的，并具有很容易做成線性相位的優(yōu)點，另一方面也容易實現(xiàn)高效結(jié)構(gòu)。
多抽樣率系統(tǒng)的實現(xiàn)一般有3種結(jié)構(gòu)：直接實現(xiàn)、多相結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)、時變網(wǎng)絡(luò)的高效實現(xiàn)。在實際中應(yīng)用廣泛的是多相結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，同時在HSP50215、HSP50214中也主要使用這種方式。多抽樣率系統(tǒng)中的多相表示和整數(shù)倍內(nèi)插器表示兩種方式。其中多相表示又稱為多相分解，是指將數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)H（z）分解成若干個相位不同的組。通常，對于簡單整系數(shù)濾波器，在抽取系統(tǒng)中，當抽取因子D不恰好是2的冪，但包含多個二倍抽取器的級連，我們常常在抽取系統(tǒng)的第一級（或內(nèi)插系統(tǒng)的最后一級）采用運算極為簡單的整系數(shù)濾波器，因為這種簡單的整系數(shù)濾波器的的低通濾波性能并不很好，所以它只用于抽取系統(tǒng)的第一級或內(nèi)插系統(tǒng)的最后一級，其余各級則仍使用半帶濾波器。這是HSP502I4中CIC濾波器和半帶濾波器級連這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。
（1）數(shù)字高通濾波器的設(shè)計
設(shè)采樣頻率為F=250Hz，為了減少孔徑誤差，其頻率穩(wěn)定度遠遠高于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定度（由需要的處理精度確定）。其中對于孔徑誤差，它指因采樣頻率不穩(wěn)定造成采樣脈沖未在預(yù)定時刻t0出現(xiàn)，而是在t0之前或之后出現(xiàn)，所采樣的值與實際t0時刻的值之差。其頻率穩(wěn)定度為max[|f－f0|]/f0，式中f0為標準頻率，f為實際出現(xiàn)或允許出現(xiàn)的頻率，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為Gd（k）的長度，在計算機上調(diào)整a1和a2，可改變高通濾波器的頻率特性。由傅里葉反變換可求得其N點單位抽樣響應(yīng)g（n）=IDFT（Gd（k）），且g（n）對稱。
（2）由數(shù)字高通濾波器到多帶阻帶通濾波器
根據(jù)多抽樣率思想，對g（n）進行插值，每一個g（n）后面插入K－1個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）的長度為KN，K=F/50=5。
由多抽樣率理論很容易推導(dǎo)出h（n）的頻譜將是g（n）的頻譜的K倍壓縮。在matlab上仿真，由h（n）的頻譜圖可以看出，其阻帶中心頻率在0Hz，50Hz，100Hz，150Hz，200Hz處。
調(diào)整a1和a2的值，可達到阻帶寬度為0.36Hz時，衰減超過60dB；阻帶寬度為0.4Hz時，衰減超過52dB；通帶下限頻率（或上限頻率）與阻帶中心頻率的差為2（F/N）/（F/50）=2×50/N=0.8Hz，通帶減不超過3dB。在直流附近，低于0.18Hz的信號將被濾掉，衰減大于60dB，大于0.8Hz的信號將得到保留，其衰減不超過3dB，在通帶內(nèi)的紋波系數(shù)小于1.2%。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞屏蔽門,列車自動防護,接口控制
屏蔽門(Platformscreendoors,簡稱PSD)系統(tǒng)是現(xiàn)代化軌道交通工程的必備設(shè)施,它沿軌道交通站臺邊緣設(shè)置,將軌道區(qū)與站臺候車區(qū)隔離,具有節(jié)能、環(huán)保和安全等功能。安裝屏蔽門系統(tǒng)后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發(fā)生危險,確保乘客安全,減少人為引起的停車延誤,提高列車準點率,而且可以減少站臺區(qū)與軌道區(qū)之間冷熱氣流的交換,從而降低環(huán)控系統(tǒng)的運營能耗,節(jié)約運營成本。
信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)相結(jié)合是屏蔽門系統(tǒng)工程的重要環(huán)節(jié)。此外,要更好地確保乘客的安全以及奠定無人駕駛的技術(shù)基礎(chǔ),就必須實現(xiàn)屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的列車自動防護(ATP)之間建立聯(lián)鎖關(guān)系。根據(jù)世界各城市軌道交通工程的成功先例,屏蔽門普遍由信號系統(tǒng)進行控制。廣州于2004年10月開始對正在運營的地鐵1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)。該項工程預(yù)計總投資金額為1.484億元人民幣,是目前我國最大的一項軌道交通屏蔽門系統(tǒng)工程。本文主要對廣州地鐵2號線及1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)工程中的西門子信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口進行分析。
1屏蔽門系統(tǒng)所需信號系統(tǒng)的條件及功能
(1)信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口僅考慮線路上的列車的正向運行,但要滿足屏蔽門對停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足,信號系統(tǒng)才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送開門命令。目前,用于廣州地鐵2號線的LZB700M型中,ATP和ATO(列車自動運行)系統(tǒng)是由德國西門子公司提供的,其列車定點停車的精度ATO系統(tǒng)為±0.3m,成功率99.99%,ATP系統(tǒng)為±0.5m,已滿足屏蔽門對停車精度的要求。廣州地鐵1號線同樣采用LZB700M型ATP、ATO,目前列車停車的精度ATO系統(tǒng)為±0.5m,成功率99.5%,ATP系統(tǒng)為±1m。由此可見,要安裝屏蔽門首先必須改善列車的停車狀況,停車精度至少要達到ATO系統(tǒng)為±0.4m,成功率99.5%,ATP系統(tǒng)為±0.5m的要求;并要保證在列車停車精度為±400mm情況下,列車乘客門凈開度≥1200mm(屏蔽門門開寬度為2000mm)。
(2)只有屏蔽門關(guān)閉的情況下列車才能運行。ATP軌旁單元通過故障安全型繼電器輸入接點接收當前屏蔽門的狀態(tài)(PSD開門或PSD關(guān)門)。如果屏蔽門是開門狀態(tài),ATP軌旁單元會設(shè)置一個安全停車點,不讓任何列車駛?cè)胂鄳?yīng)的車站站臺。
(3)PSD的狀態(tài)通過ATP報文傳輸給列車。當列車接近運營停車點,且屏蔽門的狀態(tài)由“PSD關(guān)閉”變化為“PSD開門”時,ATP軌旁單元會產(chǎn)生緊急制動讓列車停車。
(4)確保當列車停在停車窗位置范圍內(nèi)時才連通列車到軌旁的通信通道。當列車在站臺范圍內(nèi)移動時,ATP通過不激活“PTI(positivetrainidentification,有車標志)釋放”切斷PTI通道。如果列車停到指定的ATP停車窗位置時,則通過ATP激活“PTI釋放”讓PTI通道連通。當列車車門打開時,這些報文會通過PTI通道傳輸?shù)杰壟詥卧?屏蔽門會隨之而打開。
(5)屏蔽門控制系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供全部門“關(guān)閉及鎖定”和“互鎖解除”信息,接口采用安全型干接點雙斷硬線連接,接口分界點在屏蔽門控制設(shè)備外的線端子排。
(6)列車在ATP停車窗范圍內(nèi)停穩(wěn)后,ATP車載單元會發(fā)出打開列車車門的信號。當列車車門打開,ATP車載單元一個持續(xù)的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統(tǒng)。這是為了防止列車在車門開啟的情況下人為地啟動列車。
(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根據(jù)接收來的2個不同的PSD編碼(對應(yīng)PSD開門的編碼)驅(qū)動2個繼電器輸出,它們是表示“PSD開門”命令的接口。為了產(chǎn)生一個持續(xù)的控制信號,ATO需不斷發(fā)送“PSD開門”命令,直到屏蔽門被請求關(guān)閉為止。
(8)如果列車車門關(guān)閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關(guān)閉,這些報文會通過PTI通道傳輸?shù)杰壟詥卧?。目前廣州1、2號線列車只有人工關(guān)閉車門功能。
(9)ATP車載單元在關(guān)閉車門的同時,輸出關(guān)閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關(guān)閉好,且通過ATP報文接收到屏蔽門的“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信息后,列車牽引系統(tǒng)才被釋放,ATP才允許啟動列車。
(10)開左門或開右門應(yīng)與站臺的位置和列車運行方向相符合。如在換乘站(如公園前站),屏蔽門的開關(guān)要根據(jù)有利于乘客導(dǎo)向的原則來進行設(shè)計:先開下客側(cè)的屏蔽門,后開上客側(cè)的屏蔽門。
(11)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)生故障,或屏蔽門實際已關(guān)閉但因故不能有效地把“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信號傳送給ATP系統(tǒng)時,司機只有按“PSD互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統(tǒng)才能給ATP系統(tǒng)送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統(tǒng)和信號系統(tǒng)間的聯(lián)鎖關(guān)系,ATP才允許啟動列車。且司機必須在每次發(fā)車前都按下“PSD互鎖解除”按鈕,直到故障修復(fù)為止。
(12)屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)為每側(cè)站臺提供一組接口與信號系統(tǒng)連接,因此,島式站臺和側(cè)式站臺有兩組接口,一島兩側(cè)式站臺有四組接口(如公園前站)。
(13)由于廣州地鐵1、2號線的列車編組方式相同,在信號系統(tǒng)中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應(yīng)的屏蔽門。
2信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口控制
2.1接口信號描述
信號系統(tǒng)與屏蔽門控制系統(tǒng)之間使用信號控制電纜連接,使用繼電、雙斷、安全型干接點等方式的接口電路。兩系統(tǒng)接口信號的描述見表1。
2.2ATP子系統(tǒng)對PSD打開狀態(tài)時的保護聯(lián)鎖設(shè)計
屏蔽門的狀態(tài)通過ATP報文傳輸給列車。ATP子系統(tǒng)在屏蔽門不同的打開情況下監(jiān)督列車的移動,并最終控制列車導(dǎo)向安全。其出現(xiàn)的情況有圖1中給出的5種。
圖1中:情況1和2若PSD打開,軌旁ATP會生成一個安全停車點讓列車不能進入相應(yīng)車站的站臺。在情況1中,當列車制動距離小于列車與安全停車點的接近距離時,列車實施正常制動讓列車在停車點前停車。而在情況2中,當列車制動距離大于列車與安全停車點的接近距離時,列車則要被實施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區(qū)域移動,同時收到“PSD關(guān)閉”改變?yōu)椤癙SD開門”的信息時,車載ATP單元會產(chǎn)生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ATP單元也會產(chǎn)生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區(qū)域內(nèi)。在情況5中,列車已出清站臺區(qū)域時PSD打開,這時列車不會產(chǎn)生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在PSD打開的情況下禁止列車在站臺區(qū)段移動,防止危及乘客的安全。
2.3接口硬線連接的安全設(shè)計
簡單的故障會導(dǎo)致屏蔽門錯誤地開、關(guān)門,這是必須要防止的?，F(xiàn)說明接口故障的安全設(shè)計。
2.3.1PTIMUX和PSD控制器之間的繼電器盒
PTIMUX和PSD控制器之間采用繼電器進行隔離,防止電氣干擾影響信號系統(tǒng)。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的PSD命令是由4個PTIMUX輸出繼電器組合確定的,可以避免“PSD開門”和“PSD關(guān)門”兩個信號同時出現(xiàn)的錯誤。這些繼電器會安裝在PTIMUX上,通過復(fù)合的接點關(guān)系防止“PSD開門”和“PSD關(guān)門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態(tài)與邏輯結(jié)果見表2。
通過其繼電器控制電路邏輯結(jié)果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產(chǎn)生正確的輸出(PSD開門和PSD關(guān)門)。這樣的設(shè)計也是為了防止繼電器失誤而產(chǎn)生錯誤的輸出命令。
2.3.2報文容錯
車載ATO通過PTI信標到PTI-MUX的整個傳輸通道的報文都有CRC(循環(huán)冗余碼校驗)進行校驗。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個PTI傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到PSD的功能。
2.4兩側(cè)都有屏蔽門的設(shè)計
該情況是列車可以打開左側(cè)、右側(cè)或者同時都要打開兩側(cè)車門的情況。
這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關(guān)門,兩側(cè)門都開,開左門,開右門,關(guān)閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制PSD的命令輸出:①開右側(cè)屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側(cè)屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側(cè)屏蔽門,允許開門和兩側(cè)門都開的繼電器吸起;④關(guān)閉屏蔽門,允許關(guān)門和關(guān)閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態(tài)和邏輯結(jié)果見表3。
如表3所述,只有上述的情況會產(chǎn)生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關(guān)系,確保不會因繼電器錯誤動作產(chǎn)生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側(cè)開門的換乘站,在設(shè)計上要考慮屏蔽門對乘客的導(dǎo)向作用,兩側(cè)屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關(guān)門時要先關(guān)下客門再關(guān)上客門。這就需要在車載軟件中設(shè)置兩側(cè)車門的開關(guān)延時時間。同樣兩側(cè)屏蔽門開關(guān)的時間也應(yīng)作對應(yīng)的設(shè)置。
2.5車門與屏蔽門的同步
屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1s內(nèi)同步啟動。屏蔽門和列車門關(guān)閉的時間應(yīng)大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統(tǒng)的車載設(shè)備傳送到信號系統(tǒng)的地面設(shè)備,傳送過程中會產(chǎn)生延誤。關(guān)門同步實現(xiàn)起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關(guān)門命令也不是立即關(guān)閉的,而是都有一個延時時間。根據(jù)實際情況各自確定一個關(guān)門的延時時間即可。
3結(jié)語
屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的結(jié)合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實現(xiàn)快速、高密度、有序運行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環(huán)境。通過了解信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)之間的控制與監(jiān)督,就能更深入了解屏蔽門系統(tǒng)的運作過程。
參考文獻
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城市軌道交通信號系統(tǒng)主要由列車自動控制（ATC）系統(tǒng)、聯(lián)鎖設(shè)備、軌道電路等組成。作為城市軌道交通信號系統(tǒng)最重要的組成部分，列車自動控制（ATC）系統(tǒng)主要功能就是對行車指揮及列車運行自動化的一種最大限度地實現(xiàn)，同時起到確保列車安全運行及提高運輸效率的作用，只有這樣才能降低工作人員的工作量，對城市軌道交通的通行能力進行充分發(fā)揮。ATC（automatictraincontrol）系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成，包括：列車自動防護（ATP—automatictrainprotection）、列車自動運行（ATO—automatictrainoperation）及列車自動監(jiān)控（ATS—automatictrainsupervision）。ATP系統(tǒng)分為軌旁ATP和車載ATP，負責對列車的運行進行保護，對列車進行超速防護、車門監(jiān)督和速度監(jiān)督，保證列車的安全間隔。ATO系統(tǒng)分為軌旁ATO和車載ATO，其應(yīng)用的主要目的就是對“地對車控制”的一種實現(xiàn)，就是實現(xiàn)地面信息對列車運行情況的一種良好控制，并送出車門和屏蔽門同步開關(guān)信號。ATS系統(tǒng)主要有兩部分中央ATS與車站ATS，其應(yīng)用的主要目的就對列車運行監(jiān)督及控制，包括：列車運行情況和設(shè)備的集中監(jiān)視、自動排列進路、自動列車運行調(diào)整、自動生成時刻表、自動記錄實際列車運行圖、自動進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及各種報表的自動生成，輔助調(diào)度人員對全線進行管理。聯(lián)鎖設(shè)備有中央聯(lián)鎖系統(tǒng)和車站聯(lián)鎖計算機，主要對室外設(shè)備信號機和道岔進行控制，排列列車進路并傳送進路信息給軌旁ATC設(shè)備。軌道電路主要用于傳送軌道電路信息和ATP報文信息。
2城市軌道交通信號系統(tǒng)方案
通常情況下在城市交通疏解任務(wù)中城市軌道交通線路承擔著十分重要的任務(wù)，為確保人們出行的安全性，應(yīng)采用完整的、先進的、高效的列車控制系統(tǒng)作為地鐵信號系統(tǒng)。正線信號系統(tǒng)采用完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由ATS、ATP、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備組成。車輛段/停車場由聯(lián)鎖設(shè)備、微機監(jiān)測設(shè)備、ATS分機等主要設(shè)備組成。目前城市軌道交通的信號系統(tǒng)主要有準移動閉塞和移動閉塞系統(tǒng)選擇。
2.1基于目標距離模式的準移動閉塞ATC系統(tǒng)通常選用音頻數(shù)字無絕緣軌道電路作為目標距離模式，這種模式的主要特點為信息傳輸量較大及抗干擾能力很強。列車車載設(shè)備依據(jù)由鋼軌傳輸而接收到的聯(lián)鎖、軌道電路編碼、線路參數(shù)、控制管理等報文信息，連續(xù)對列車追蹤運行及折返作業(yè)進行速度監(jiān)督，最大限度對其進行超速防護，控制列車運行間隔，以滿足規(guī)定的通過能力。由于音頻數(shù)字軌道電路具有極大的傳輸信息量，可以將目標速度、目標距離、線路狀態(tài)等信息提供給車載設(shè)備，為計算出列車相適應(yīng)的運行模式速度曲線，將ATP車載設(shè)備與固定的車輛性能數(shù)據(jù)進行充分地結(jié)合。
2.2基于通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC）基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)具有極為先進的發(fā)展技術(shù)，是列車控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，是國際ATC先進水平的代表。是獨立于軌道電路的高精度列車定位。CBTC系統(tǒng)為實現(xiàn)車與地、地與車間之間的雙向數(shù)據(jù)通信，可以選用自由空間無線天線、交叉感應(yīng)電纜環(huán)線、漏泄電纜以及裂縫波導(dǎo)管等方式進行有效通信。依據(jù)列車的位置信息及進路情況軌旁ATP設(shè)備可以有效對每一列車的移動權(quán)限進行準確計算，同時根據(jù)列車位置速度的變化不斷更新數(shù)據(jù)，利用連續(xù)車地通信設(shè)備向列車進行信息的發(fā)送。依據(jù)接收到的移動授權(quán)及本身的運行狀態(tài)車載設(shè)備可以對列車運行速度曲線及防護曲線進行有效計算，在ATP子系統(tǒng)的保護防御過程中，在該速度曲線下ATO子系統(tǒng)或人工駕駛控制列車可以正常運行?？梢宰畲笙薅鹊貙崿F(xiàn)后續(xù)列與前行列車尾部的緊密性，并始終處于安全距離范圍內(nèi)。在確保安全的基礎(chǔ)上，CBTC系統(tǒng)可以實現(xiàn)區(qū)間通過能力的有效提高，同時不受軌道電路區(qū)段分割的限制。雖然CBTC系統(tǒng)在調(diào)試時因?qū)ΜF(xiàn)場環(huán)境要求高、調(diào)試周期較長等一些不盡如人意的地方，但是CBTC系統(tǒng)在具有自身優(yōu)越性的同時已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案。其相對于準移動閉塞系統(tǒng)的優(yōu)越性是不可取代的。
3城市軌道交通信號系統(tǒng)通信設(shè)備的傳送方式
3.1通過軌道電路進行傳送軌道電路不僅可以檢測列車占用情況，也可以傳遞報文信息給車載設(shè)備。在軌道電路不忙的情況下，將軌道電路信息傳送給聯(lián)鎖系統(tǒng)，當列車對軌道進行占用時，利用裝置切換，并將發(fā)送軌道電路信息的作業(yè)進行停止，開始采用軌旁設(shè)備將ATP報文信息連續(xù)向鋼軌進行發(fā)送，將接收和發(fā)送設(shè)備裝置在列車底部，可將接收到的信息向車載設(shè)備進行傳遞，同時也可以向地面發(fā)送列車信息。
3.2通過軌間電纜傳送單獨沿著鋼軌鋪設(shè)一條線路，專門用于傳送ATP報文信息，此方法安全可靠，但費用較高。
3.3通過點式應(yīng)答器傳送在軌道電路的部分地方進行應(yīng)答器的設(shè)置，應(yīng)答器的設(shè)置主要有兩種形式：固定數(shù)據(jù)應(yīng)答器與可變數(shù)據(jù)應(yīng)答器。用于存儲固定數(shù)據(jù)的應(yīng)答器為固定數(shù)據(jù)應(yīng)答器，可變應(yīng)答器通過對中心進行控制來取得數(shù)據(jù)，將接收和發(fā)送天線安裝在列車底部，當列車運行在應(yīng)答器位置經(jīng)過時可以感應(yīng)到應(yīng)答器的信息，然后進行雙向數(shù)據(jù)交換，因為這種信息的傳送不具有連續(xù)性，只能在一定位置才能進行接收，因此這些位置被叫做點式ATC。
3.4通過無線方式進行傳送無線車地通信主要采用無線方式，由控制中心來實現(xiàn)車載ATP/ATO的功能，利用無線交換器和軌旁無線單元AP與車載無線通信設(shè)備進行時時數(shù)據(jù)的交換。一般情況下一個控制中心可以實現(xiàn)對一條線路上所有車站的控制，當控制中心設(shè)備發(fā)生故障時，為了確保整條線路不出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象，可以將車站現(xiàn)地工作站和車站ATS遠程控制單元設(shè)置在車站。這樣當控制中心出現(xiàn)故障之后，車站工作人員可通過車站現(xiàn)地工作站進行操作來實現(xiàn)聯(lián)鎖計算機的功能，ATS遠程控制單元可代替中央ATS系統(tǒng)向聯(lián)鎖系統(tǒng)和軌旁設(shè)備發(fā)送相關(guān)信息，此時ATS遠程控制單元所具有的信息不全面，但能夠保證列車在本站的正常運行。
4結(jié)語
（1）ATS自動監(jiān)控模式：一般情況下，該運行模式對在線列車的運行進行自動監(jiān)控，并向列車自動發(fā)出進路指令，列車在安全保護下司機按照規(guī)定的運行時刻表駕駛列車。
（2）調(diào)度員人工介入模式：調(diào)度員在工作站下達相關(guān)的列車運行指令，并人工干預(yù)全線列車的運行。介入的內(nèi)容主要包括對列車進行“扣車”、“終止”、改變行車路線、列車增減等。
（3）列車出入車場調(diào)度模式：列車調(diào)度員在當天列車運行時刻表的指導(dǎo)下編制列車的運營計劃及場內(nèi)行車計劃，并上傳至控制中心。車場信息值班工作人員根據(jù)運營計劃調(diào)整相應(yīng)的進路信息，以滿足列車的行車需求。
（4）車站現(xiàn)地控制模式：一般情況下只有設(shè)備集中站參與到列車運營控制，車站聯(lián)鎖及車站ATS系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)對車站及中央二級控制權(quán)的調(diào)整。經(jīng)中央ATS設(shè)備故障后車站值班工作人員的申請后，并經(jīng)調(diào)度員同意后，可改由車站現(xiàn)地控制。
（5）車場控制模式：場地值班人員根據(jù)用車計劃對列車的出入場及場內(nèi)的作業(yè)安排進路排列。
2項目管理及生命周期
項目管理，作為管理學中最為重要的分支學科，一般是指在項目活動過程中，應(yīng)用專門的知識、技能、工具及方法，并在項目可利用的有限項目資源條件下，實現(xiàn)或超過預(yù)期的需求及期望的活動過程。項目管理，主要是對成功實現(xiàn)系列目標相關(guān)的活動進行整體的檢測及管控，包括策略、進度計劃即維護項目活動的進展。一般而言，項目管理內(nèi)容主要包括對項目范圍、項目時間、項目成本、項目質(zhì)量、項目人力資源、項目溝通及項目風險等內(nèi)容的管理。項目管理主要經(jīng)歷項目需求調(diào)研、項目分析、項目設(shè)計、項目實施、項目上線及項目運維跟蹤等生命周期。
3軌道交通信號系統(tǒng)項目管理模式
3.1城市軌道交通信號系統(tǒng)項目特點
與其他的項目相比，城市軌道交通信息系統(tǒng)擁有獨特的建設(shè)特性及建設(shè)目標，主要體現(xiàn)在以下方面：首先、需按照地鐵業(yè)主的時間要求，保質(zhì)保量地完成軌道建設(shè)，確保順利開通運營。其次、需完成相關(guān)設(shè)備的安裝調(diào)試、以確保設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。
3.2城市軌道交通信號系統(tǒng)項目管理模式
項目管理生命周期中不同的階段有相應(yīng)的管理任務(wù)，需使用到多種技術(shù)與工具，信號管理項目管理需完成以下的實踐過程：
3.2.1信號系統(tǒng)項目集的定義
項目集定義階段，主要包括對項目期望收益的定義，對關(guān)鍵成功要素的確定及對項目集所需的資源進行估算，并進行論證商業(yè)過程。而城市軌道交通信號系統(tǒng)，在項目集定義階段主要有兩方面的內(nèi)容：第一、掌握用戶運營層面的需求，熟悉城市軌道交通建設(shè)的標準流程，以滿足信號系統(tǒng)的國產(chǎn)化率達到70%的目標。第二、努力成為信號系統(tǒng)供應(yīng)商，掌握信號系統(tǒng)領(lǐng)域的核心科技，并提供信號系統(tǒng)領(lǐng)域的完整解決方案，以實現(xiàn)自主化發(fā)展目標。而信號系統(tǒng)項目集資源管理，主要是估算人力、財力及物力。而商業(yè)論證的任務(wù)，主要在于對項目集進行合理性方面的論證，這是信號系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素所在。
3.2.2信號系統(tǒng)項目集的啟動
啟動階段，一般包括項目經(jīng)理指派、項目章程制定、收益分解結(jié)構(gòu)分解、項目資源預(yù)算編制、項目路線圖制定等方面的內(nèi)容。信號系統(tǒng)項目集經(jīng)理需同時與多個項目經(jīng)理或者職能經(jīng)理打交道，因此指派的項目經(jīng)理需在溝通和協(xié)調(diào)方面擁有較強的能力，并具備較強的說服能力。而項目章程的制定，需從信號系統(tǒng)項目集的愿景、核心目標及期望收益等方面出發(fā)。對于信號系統(tǒng)項目集而言，路線圖就是項目的進度計劃，一般是由里程碑構(gòu)成。而商業(yè)論證是啟動階段最為重要的成功之一，等待規(guī)劃階段的審批。
3.2.3信號系統(tǒng)項目集的規(guī)劃
（1）明確項目的發(fā)展方向，主要包括項目愿景、任務(wù)和戰(zhàn)略目標。
（2）為項目成功構(gòu)建必要的組織，主要包括政策、流程、角色與職責的定義，并解決項目進展中的各種爭端。
（3）控制、監(jiān)控、評估及審批項目變更，以確保實現(xiàn)項目目標和收益。
3.3信號系統(tǒng)項目集的實施與監(jiān)控
高頻信號干擾方式主要通過三種方式實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的竄入：第一種是借助空間中所存在的電磁波輻射來實現(xiàn)對于主控機的干擾，進而影響總體傳送效果，而前端機的干擾則嚴重影響了其總體的傳送效果，其通過屏蔽室就能夠?qū)崿F(xiàn)抗干擾；第二種則是通過信號傳輸線來進行干擾，進而使得信號的取樣效果受到影響；第三種則是干擾信號借助接地線來實現(xiàn)干擾，進而致使計算機監(jiān)控系統(tǒng)受到嚴重影響。這種信號干擾使得廣播電視系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)受到了非常大的影響，進而需要采取有效的手段來實現(xiàn)抗干擾。
1.1接地原則的掌握來實現(xiàn)超強的抗干擾能力
在不同的兩點之間底線的連接中，其中的干擾性電壓一般能夠達到幾十伏，但是卻不能夠完全忽視其中的電磁波干擾。由于地線至中所存在的干擾性電波致使發(fā)射機在工作過程中存在很強的阻抗能力，進而使得監(jiān)控系統(tǒng)受到十分強烈的干擾，如果監(jiān)控系統(tǒng)受到十分劇烈的干擾就使得廣播電視信號發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作得不到保障。因此，為了能夠保障其正常的信號發(fā)射監(jiān)控，避免出現(xiàn)高頻干擾，這就需要掌握接地原則。所謂的接地原則就是指在低頻電路之中，各個元件和布線上其電磁感應(yīng)的影響比較弱，這就需要將其中的一條線路與地纜相連接，進而實現(xiàn)其干擾程度的大大降低。
1.2通過平衡方式信號的傳送來實現(xiàn)抗干擾能力的提高
為了能夠?qū)崿F(xiàn)信號傳輸過程中的信號干擾，在前端機的信號輸入上和傳感器信息的輸出上就需要利用雙絞線的平衡式信息傳輸，進而實現(xiàn)初始信號的平衡，進而減少不平衡的信號傳送，影響正常的信號接收，而雙絞線的信號傳送方式能夠?qū)崿F(xiàn)對于干擾信號的一種抵消。在發(fā)射機房的接地高頻系統(tǒng)的設(shè)定與屏蔽系統(tǒng)之間的雙絞線連接主要采用一對二芯的評比方式，進而避免出現(xiàn)高頻電磁波輻射的屏蔽和感性之間的竄擾，因此這樣的設(shè)計方式能夠使得故障出現(xiàn)時通過問題的查找和排除能夠?qū)崿F(xiàn)高效性和便捷性，進而使得信息傳輸系統(tǒng)更加高效。
2結(jié)語
“非電量檢測與信號處理系統(tǒng)的研制”項目是2012年本教學團隊結(jié)題的院級自然科研項目。該項目以服務(wù)《信號與系統(tǒng)》課程教學為基本目標。經(jīng)過研制開發(fā)，達到了預(yù)期設(shè)計要求，尤其是在航空傳感器數(shù)字信號處理等具有挑戰(zhàn)性和較高技術(shù)含量的領(lǐng)域做了大量深入的研究，取得了較好的成果。航空非電量的電測法就是將各種航空非電量(如溫度、壓力、加速度、姿態(tài)角、高度、位移、應(yīng)變、流量、液位等)變換為電量，而后進行測量的方法。非電量檢測與信號處理系統(tǒng)是嚴格按照航空非電量檢測相關(guān)技術(shù)規(guī)范研制開發(fā)的，其特性具體體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)實用性:本項目平臺是很好的開放式平臺，有利于《信號與系統(tǒng)》課程改革;(2)可操作性:由于人機交互在上位機進行，可操作性極強。經(jīng)過多次上課使用證明，系統(tǒng)整體穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)采集準確，數(shù)據(jù)分析算法先進，具有較強的實用價值;(3)升級特性:在基本硬件保持不變的情況下，本系統(tǒng)具有較為簡單、方便、快捷的升級特性。另外，增加新的傳感器硬件模塊也比較容易。非電量檢測與信號處理系統(tǒng)的功能展示生動、形象、直觀，集創(chuàng)新性、知識性、趣味性于一體，在教學展示中易于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和學習主動性、積極性。另外，由于非電量檢測與信號處理系統(tǒng)集成了許多先進和實用技術(shù)，所以，本系統(tǒng)的成功研制為今后進一步的科學研究積累了寶貴的經(jīng)驗，同時，也為教學工作及學生科技活動積累了豐富的素材。本系統(tǒng)的上位機由主控計算機及信號處理單元構(gòu)成，下位機則是由各個傳感器為核心的功能模塊所組成。主控計算機是分布式控制系統(tǒng)的上位機，由一臺高性能PC承擔，主要用于人機交互、系統(tǒng)管理、控制決策、任務(wù)調(diào)度、運動規(guī)劃、信號處理等。測量部分由多種航空傳感器組成(參見圖1)。以該系統(tǒng)作為教學實驗的平臺載體來真實地反映《信號與系統(tǒng)》理論在航空測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，取得了良好的上課效果。無論是卷積、傅立葉變換、拉普拉斯變換還是z變換等，學生都能在該設(shè)備上編程驗證。這種可編程的硬件平臺比MATLAB仿真更為直觀和有效。
二、以學期項目為載體全面提升學生綜合素質(zhì)指標
然而，光是靠上述研制成果講授《信號與系統(tǒng)》課程還不夠。原因是學生的動手能力還停留在使用該設(shè)備進行理論驗證的階段，還為達到設(shè)計的階段。為此，研究團隊在本專業(yè)開發(fā)了一系列學期項目，并在每學期實施一門學期項目的教學。從一開學就布置學期項目的項目任務(wù)，學期結(jié)束才需要學生提交項目作品。學生在整個一學期當中，把《信號與系統(tǒng)》充分結(jié)合《模擬電子技術(shù)》《高頻電路》《數(shù)字電子技術(shù)》《單片機技術(shù)與應(yīng)用》《Protel》《C語言程序設(shè)計》《電子測量與儀器》《傳感器與儀表》《誤差分析與數(shù)據(jù)處理》等課程，有足夠的時間去思考項目的方案、精心設(shè)計硬件和軟件，經(jīng)歷較為復(fù)雜的調(diào)試階段后，最終做出達到性能指標的作品，并撰寫項目報告，上臺用PPT演講自己的作品?！缎盘柵c系統(tǒng)》課程從系統(tǒng)設(shè)計上起到統(tǒng)領(lǐng)全局的作用，而其它課程用于項目的具體制作和調(diào)試。本教研團隊總共安排了4個學期項目，其中學期項目3是《飛行數(shù)據(jù)采集》、學期項目4是《航空測控系統(tǒng)設(shè)計》。這2個學期項目面向航空電子行業(yè)，以具體項目為驅(qū)動，需要學生把《信號與系統(tǒng)》課程中的內(nèi)容結(jié)合航空電子工程進行設(shè)計、制作、裝配、調(diào)試、測試、檢修等工作。以學期項目作為《信號與系統(tǒng)》課程的載體，實現(xiàn)了以學生為主體的教學。學生在強大的興趣驅(qū)動下保持主動學習和研究的動力。很多課程的知識點在作品中得以體現(xiàn)。為了工程實現(xiàn)，不少學生還自學了課程中的建議選學的內(nèi)容。因此，《信號與系統(tǒng)》課程得到學以致用。學期項目的逐學期實施，也就同時在為電子設(shè)計競賽、技能大賽鍛煉和選拔人才。學生在平時就打下了良好的基礎(chǔ)，有利于他們參賽并獲獎。最終目的是培養(yǎng)出企業(yè)所需要的綜合素質(zhì)全面的人才。本專業(yè)2012級的學生有18人進入了開放實驗室，參加了大學生電子設(shè)計競賽，并取得了不錯的成績。在2014年大學生電子設(shè)計競賽中有3個參賽組獲得一等獎，3個參賽組獲得二等獎。學生現(xiàn)今正在單位參加頂崗實習，他們的主要工作是產(chǎn)品設(shè)計。個別動手能力突出的優(yōu)秀學生直接當上了項目經(jīng)理。
三、以導(dǎo)師制實現(xiàn)因材施教
學生群體的基礎(chǔ)差距很大，且學習習慣、學習能力差別也很大。在面向航空的以學期項目為載體的《信號與系統(tǒng)》的整個教學過程中，如果還進行整齊劃一的無差別教學，將使得基礎(chǔ)較差的同學無法跟上課程進度，而理解力強的同學又發(fā)揮不出自己的才能。本教研團隊嘗試了以開放實驗室為基地，實施導(dǎo)師制教學。導(dǎo)師并非一定要本?；蛘咂髽I(yè)專家擔當。“三人行，必有我?guī)?rdquo;。我們實施的是學生教學生的導(dǎo)師制。在本專業(yè)高年級的學生中選拔最優(yōu)秀的10名學生給低年級學生當導(dǎo)師。這10名高年級學生全部參加過電子設(shè)計競賽并獲獎，全部都是老師的科研項目團隊成員，擁有較為豐富的實踐經(jīng)驗。選他們當導(dǎo)師，還同時鍛煉了他們的表達與溝通能力、組織與協(xié)調(diào)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力。一個班級分為10個小組，每個小組就有1名高年級學生當導(dǎo)師。每個小組中最優(yōu)秀的學生當組長。導(dǎo)師與學生之間交流渠道完全暢通。由于導(dǎo)師也是學生，因此導(dǎo)師天生與學生容易溝通。導(dǎo)師與學生之間除了上課交流、輔導(dǎo)課交流以外，還有全天候的QQ交流。這種導(dǎo)師制大大減輕了本專業(yè)的師資人數(shù)不足的負擔，而同時打造了一支科研能力很強的學生隊伍。同時，教室上課只占用少量時間，大量時間花在課后的設(shè)計和制作，改變了傳統(tǒng)教學以教師為主體的局面。以此類推，每一屆學生中都要選拔10名左右的學生給下一屆學生當導(dǎo)師。因此，面向航空電子業(yè)、以學期項目為載體的整個《信號與系統(tǒng)》教學過程都有學生導(dǎo)師指導(dǎo)。
四、考核方式的改進
良好的考核方式將有力促進學生的學習，更客觀地評估學習效果。在面向航空的以學期項目為載體的《信號與系統(tǒng)》的考核方式設(shè)計中，本團隊進行了較大的改革，除了對項目成果本身進行結(jié)果考核外，加強了對學習全過程的考核。在過程考核中納入了綜合素質(zhì)指標。把綜合素質(zhì)指標融入項目教學的全過程，以學生為主體實施教學與評價。(1)項目布置階段(含方案設(shè)計):考核學生的專業(yè)知識、職業(yè)技能、基本素養(yǎng);(2)作品制作階段:考核學生的專業(yè)知識、職業(yè)技能、資訊能力、敬業(yè)合群、誠實守信、學習能力、創(chuàng)新能力、安全環(huán)保意識、外語能力、抗壓能力;(3)撰寫報告階段:考核學生的書面表達溝通能力、資訊能力;(4)提交報告:考核執(zhí)行力;(5)答辯階段:考核口頭表達溝通能力、抗壓能力。所有的綜合素質(zhì)指標的分數(shù)將生成一個雷達圖。該圖反映了學生的綜合素質(zhì)。有利于學生找到自己的能力素質(zhì)上的不足，從而調(diào)整努力的方向。同時也有利于企業(yè)選擇錄用新員工。考核方式的革新可避免原有結(jié)果考核的一次期末考試就定勝負所帶來的缺點。新的考核方式要求學生平時都要努力，才能最終完成《信號與系統(tǒng)》課程的學習，避免了學生平時不上進而最終積重難返之后果。此外，綜合素質(zhì)指標考核有利于老師對學生平時的學習狀況的跟蹤，以便讓學生導(dǎo)師有針對性地加強輔導(dǎo)和交流，讓差生獲得必要的幫助，跟上所在項目小組的進度。
五、結(jié)論
