專利名稱：用于自動檢測接近交叉口的列車的數(shù)字列車系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及鐵路平交道口系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于自動檢測鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和運(yùn)動的系統(tǒng)和方法，并涉及平交道口系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
需要一種用于鐵路道口的列車檢測系統(tǒng)和方法，其提供在與充分覆蓋檢測區(qū)域、并不受來自外部干擾和噪聲的影響的鐵路道口相關(guān)的檢測區(qū)域中對列車接近、穿過、靜止和離開的精確檢測。
也需要比當(dāng)前可用的系統(tǒng)成本更低的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)和方法監(jiān)控與鐵路道口相關(guān)的鐵路軌道，并通過僅檢測意義明確的檢測信號來確定列車在什么時候在鐵路道口檢測區(qū)域中，從而排除全部可能的回波、干擾信號和噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本系統(tǒng)提供在軌道電路信號的發(fā)送方面的改進(jìn)，以減小在鐵路軌道上所發(fā)送的總諧波。所述系統(tǒng)也提供在接收信號的檢測、接收信號的濾波以及接收信號的處理方面的改進(jìn)，從而確定所接收的軌道電路信號的存在和信號特性。這些改進(jìn)增強(qiáng)了軌道電路系統(tǒng)在有噪聲和惡劣的環(huán)境中工作、以及檢測列車的存在、運(yùn)動、位置和速度的能力。本系統(tǒng)的其它方面提供軌道電路系統(tǒng)的工作頻率之間所需間隔的減小、為這種系統(tǒng)所分配的頻帶中適合的工作頻率的數(shù)量的增加以及對鐵路軌道電路設(shè)備的工作頻率的改進(jìn)的頻率管理。本系統(tǒng)的另一方面提供在軌道電路檢測設(shè)備的設(shè)計、成本、實施和操作方法方面的改進(jìn)。
在本發(fā)明的一個方面中，提供一種用于檢測在具有一對導(dǎo)軌和在檢測區(qū)域中所識別的阻抗的鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的列車檢測系統(tǒng)。檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和位置改變軌道的阻抗。所述列車檢測系統(tǒng)包括第一發(fā)送器，其連接至鐵路軌道的導(dǎo)軌，以用于沿著導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號。連接至導(dǎo)軌的接收器接收第一信號。耦合至第一發(fā)送器和接收器的第一數(shù)據(jù)采集單元響應(yīng)所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號，以產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一多路復(fù)用模擬信號。第一轉(zhuǎn)換器將第一多路復(fù)用模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號。處理器響應(yīng)第一數(shù)字信號而處理第一數(shù)字信號，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種用于檢測在具有一對導(dǎo)軌和在檢測區(qū)域中所識別的阻抗的鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的列車檢測系統(tǒng)。檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置改變軌道的阻抗。所述列車檢測系統(tǒng)包括第一發(fā)送器，其連接至鐵路軌道的導(dǎo)軌，以用于沿著導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號。連接至鐵路軌道的導(dǎo)軌的第二發(fā)送器沿著導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和不同的預(yù)定工作頻率的第二信號。連接至導(dǎo)軌的接收器接收所發(fā)送的第一和第二信號。耦合至第一發(fā)送器和接收器的第一數(shù)據(jù)采集單元響應(yīng)所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號，以產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一多路復(fù)用模擬信號。耦合至第二發(fā)送器的第二數(shù)據(jù)采集單元響應(yīng)所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號，以產(chǎn)生表示所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的第二多路復(fù)用信號。第一轉(zhuǎn)換器將第一多路復(fù)用模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號。第二轉(zhuǎn)換器將第二多路復(fù)用模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的多個第二數(shù)字信號。響應(yīng)第一數(shù)字信號的第一數(shù)字信號處理器處理第一數(shù)字信號，以確定所接收的第一信號的頻率是否在第一通帶頻率范圍中。所述第一通帶頻率范圍是所發(fā)送的第一信號的頻率的函數(shù)。響應(yīng)第二數(shù)字信號的第二數(shù)字信號處理器處理第二數(shù)字信號，以確定所接收的第二信號的頻率是否在鄰近第一通帶頻率范圍的第二通帶頻率范圍中。所述第二通帶頻率范圍是所發(fā)送的第二信號的頻率的函數(shù)。響應(yīng)第一數(shù)字信號的處理器處理第一數(shù)字信號，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度，從而確定作為當(dāng)所接收的第一信號在第一通帶頻率范圍中時接近檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示的軌道阻抗。也響應(yīng)第二數(shù)字信號的所述處理器處理第二數(shù)字信號，以確定所發(fā)送的第二信號的幅度在閥值之上還是之下，作為當(dāng)所接收的第二信號在鄰近通帶頻率范圍中時島檢測區(qū)域中列車的存在的指示。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種用于檢測在具有一對導(dǎo)軌和在檢測區(qū)域中所識別的阻抗的鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的方法。檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置改變軌道的阻抗。所述方法包括沿著導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號。所述方法還包括接收沿著導(dǎo)軌被發(fā)送的第一信號。所述方法還包括產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一模擬信號。所述方法進(jìn)一步包括將第一模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號。所述方法進(jìn)一步包括處理第一數(shù)字信號，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度，從而確定作為接近檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示的軌道阻抗。
在下文中本發(fā)明的其它方面和特征將部分地顯而易見，并且在下文中將部分地被指出。


圖1是用于單獨的平交道口的鐵路平交道口檢測系統(tǒng)的示意性說明；圖2是兩個鄰近的和重疊的鐵路平交道口檢測系統(tǒng)的示意性說明；圖3是作為距離和80Hz和1000Hz之間的工作頻率的函數(shù)的鐵路軌道的阻抗的示范性圖示；圖4是用于三個典型的工作頻率的現(xiàn)有技術(shù)鐵路接近軌道電路接收系統(tǒng)濾波器設(shè)計的說明；圖5是對符合本發(fā)明的一個方面的、接近軌道電路的有效的濾波器設(shè)計的說明；圖6是組合的接近軌道電路和島軌道電路系統(tǒng)的示范性電路設(shè)計。
圖7是說明符合本發(fā)明的一個實施例的、用于檢測鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的方法的示范性流程圖。
具體實施例方式
在列車到達(dá)平交道口之前的指定的時間周期中，鐵路平交道口報警系統(tǒng)通過檢測列車的存在和運(yùn)動、并觸發(fā)比如鈴、燈、道口欄桿臂的交叉口報警系統(tǒng)來提供交叉口的保護(hù)。通過在鐵路軌道上發(fā)送信號來檢測交叉口附近的列車存在和朝向/遠(yuǎn)離交叉口的運(yùn)動。當(dāng)所送的電壓在作為傳輸介質(zhì)的列車軌道上傳播時，通過接收所發(fā)送的電壓來檢測列車存在。通過監(jiān)控為確定從交叉口至列車的軌道的阻抗而施加到列車軌道上的電流和電壓來確定列車運(yùn)動。
圖1說明了具有單獨的鐵路軌道(102)的典型的現(xiàn)有技術(shù)鐵路道口軌道電路(100)，所述單獨的鐵路軌道(102)包括一對連續(xù)的軌道導(dǎo)軌(104)和(106)以及平交道口(108)。為了正確的工作，必須針對從平交道口(108)的任何一側(cè)接近軌道(102)的列車的存在和運(yùn)動而監(jiān)控在平交道口(108)的任何一側(cè)的鐵路軌道。通過外部條件和通過施加至軌道(102)的檢測信號的頻率來限制鐵路道口系統(tǒng)的監(jiān)視區(qū)域的最大長度或有效接近距離。
鐵路道口報警系統(tǒng)采用兩個不同的軌道電路來執(zhí)行列車運(yùn)動和存在檢測。通過測量電壓和電流，并確定交叉口和列車之間的軌道的阻抗，接近軌道電路(128)檢測在平交道口(108)的任何一側(cè)最大7，500英尺的距離處接近的列車的運(yùn)動。接近軌道電路(128)確定列車離平交道口的距離，并檢測接近軌道監(jiān)視區(qū)域(132)和(134)中列車的運(yùn)動。接近軌道系統(tǒng)測量電壓、電流和阻抗，并提供這些數(shù)據(jù)給外部交叉口系統(tǒng)，該外部交叉口系統(tǒng)確定接近的列車的速度并基于距離和速度確定列車到達(dá)交叉口的時間。列車的存在、位置和到達(dá)時間被用于提供交叉口信號系統(tǒng)的恒定的到達(dá)時間通知。常常需要獨立于列車的速度的、列車到達(dá)之前至少二十秒的恒定的到達(dá)時間。交叉口的任何一側(cè)的監(jiān)視區(qū)域的所需最小距離是通過該軌道部分的列車的最大速度和期望的報警時間的函數(shù)。
島軌道電路(130)測量“島”中列車的存在，所述“島”是最接近于平交道口(108)的軌道部分。島(118)通常跨越平交道口(108)大約100至400英尺。所述島(118)提供確保交叉口報警系統(tǒng)在列車在島(118)附近或在島(118)中時工作的安全區(qū)域。請參見美國專利No.4,581,700。
圖1進(jìn)一步說明了具有附著到平交道口(108)的一側(cè)的軌道(102)的導(dǎo)軌(106)和(104)上的兩個附著點(112A)和(112B)的發(fā)送器(110)。在遠(yuǎn)離平交道口(108)50至200英尺之間定位所述發(fā)送器。接收器(114)也具有至遠(yuǎn)離發(fā)送器(110)的平交道口(108)的另一側(cè)的軌道(102)的導(dǎo)軌(106)和(104)的兩個附著點。也典型地在遠(yuǎn)離平交道口(108)50至200英尺之間定位接收器。發(fā)送器(110)和接收器(114)之間的距離被稱作具有在被稱作島軌道電路(130)的鐵路軌道上設(shè)立的發(fā)送電路的島(118)。
在導(dǎo)軌的一側(cè)或兩側(cè)遠(yuǎn)離平交道口(108)較長距離處是終端分路器(120)和(124)，其分別通過(122A/122B)和(126A/126B)連接至軌道(102)的導(dǎo)軌(106)和(104)。分路器(120)和(124)設(shè)置于距離平交道口(108)300-7500英尺之間?；诹熊嚨乃俣纫约捌浇坏揽趫缶到y(tǒng)(100)提供至少二十秒的報警給利用平交道口(108)的車輛以及行人的需要來確定分路器的設(shè)置。對終端分路器(120)和(124)進(jìn)行頻率調(diào)諧，以便好像對接近軌道電路(128)的頻率短路，從而建立軌道電路(128)。這生成在交叉口(108)的任何一側(cè)限定的監(jiān)視區(qū)域(132)和(134)，在該監(jiān)視區(qū)域(132)和(134)中接近軌道電路和系統(tǒng)檢測列車的存在或運(yùn)動。雖然不是必要的，但在一些現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，通過相同的導(dǎo)線(112A)和(112B)將接近軌道信號(128)和島軌道信號(130)發(fā)送到軌道(102)上。在其他實施例中，單獨的發(fā)送器(110)可以發(fā)送與島軌道信號(130)分離的接近軌道信號(128)。此外，在其他實施例中，單獨的接收器(114)可以接收與島軌道信號(130)分離的接近軌道信號(128)。
接近軌道電路在80-1000Hz的頻率范圍中工作。相比島軌道電路(130)，接近軌道電路(128)使用較低的頻率范圍。如將論述的那樣，由于延伸的距離，較低的頻率提供較長距離檢測能力，在所述距離上軌道的阻抗作為距離的函數(shù)是線性的。接近軌道信號在從交叉口伸出的軌道的長距離(被稱作接近)上傳播。通過在遠(yuǎn)離交叉口的端點處的調(diào)諧分路器終止接近，提供了在調(diào)諧頻率上每一接近部分的固定阻抗。接收器監(jiān)控接收電壓，并且發(fā)送器監(jiān)控發(fā)送電流，然后其被用于確定接近軌道電路的阻抗。該系統(tǒng)監(jiān)控接近軌道電路的電壓和電流電平的變化。當(dāng)列車運(yùn)動進(jìn)入接近，輪軸提供電分路，其改變?nèi)缤ㄟ^檢測系統(tǒng)看到的接近軌道電路的阻抗。該阻抗的變化率與列車的速度成比例，這樣提供列車的運(yùn)動的檢測。利用該信息，系統(tǒng)可以計算列車將處于交叉口處的時間。在一些系統(tǒng)中，可以不依賴于列車速度為交叉口處的駕車者提供恒定的報警時間。
島軌道電路(130)以較高的頻率工作，以在較短的島監(jiān)視區(qū)域(118)中檢測列車的存在。典型的工作頻率在2kHz-20kHz范圍中。當(dāng)列車進(jìn)入島區(qū)域(118)，列車的輪軸分路傳送島信號，以便避免所發(fā)送的信號到達(dá)接收器。在該操作中，島軌道電路(130)和檢測系統(tǒng)確定列車很接近于平交道口(108)，并確保報警系統(tǒng)正在工作，并且不解除，直至列車通過島。在其他島軌道電路系統(tǒng)中，島軌道信號包括在連續(xù)或猝發(fā)(burst)基礎(chǔ)上隨機(jī)生成的代碼。在這些系統(tǒng)中，當(dāng)一個或多個連續(xù)代碼不能被接收器接收，就觸發(fā)報警系統(tǒng)。作為一種安全措施，典型地使系統(tǒng)無效，例如發(fā)送解除警報信號，直至已經(jīng)接收到預(yù)定數(shù)量的正確接收的連續(xù)代碼。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，在軌道電路系統(tǒng)所采用的頻譜中存在噪聲的情況中以最佳方式操作列車檢測系統(tǒng)是困難的。特別是最佳設(shè)計因所需要的監(jiān)視距離而需要使用較低的工作頻率的情況。例如，在軌道具有與電氣化軌道相關(guān)的或在高功率電源線附近的有效的50Hz或60Hz的噪聲情況中，由于檢測系統(tǒng)在噪聲頻率附近的不良精確度，所以禁止軌道電路使用較低的工作頻率。此外，鄰近和重疊的軌道電路系統(tǒng)產(chǎn)生涉及為測量軌道的期望距離最佳地選擇適合頻率的設(shè)計限制。
圖2說明了與鄰近平交道口相關(guān)的實際問題以相關(guān)的鄰近和重疊軌道電路系統(tǒng)。在圖2的左側(cè)是與第一平交道口(108)相關(guān)的第一軌道電路系統(tǒng)(100)，其類似于上面圖1中的所述的。第一發(fā)送器(110)和第一接收器(114)限定了第一島監(jiān)視區(qū)域(118)。第一分路器(120)和(124)分別限定第一左側(cè)和第一右側(cè)接近監(jiān)視區(qū)域(132)和(134)。
類似地，距離第一平交道口(108)短距離的是第二平交道口(208)。第二軌道電路系統(tǒng)(200)也在相同的鐵路軌道(102)上工作。第二發(fā)送器(210)發(fā)送與第二軌道電路(200)相關(guān)的島和接近軌道電路信號。與第二接收器(214)結(jié)合的第二發(fā)送器(210)限定了第二島監(jiān)視區(qū)域(218)。在這種情況中，第二島(218)鄰近第一島，但不與第一島重疊。然而，在操作中，第一平交道口(108)和第二平交道口(208)之間的距離很可能導(dǎo)致接近監(jiān)視區(qū)域之間重疊的區(qū)域。第二分路器(220)和(224)分別限定左和右第二接近監(jiān)視區(qū)域(232)和(234)。在該說明中，在導(dǎo)致右第一接近區(qū)域(134)與左第二接近區(qū)域(232)重疊的距離處定位鄰近平交道口，從而產(chǎn)生接近重疊(202)。這是由于第一分路器(124)所限定的軌道電路中第二分路器(220)的所需要的設(shè)置而產(chǎn)生的。鄰近和重疊的接近軌道電路系統(tǒng)必須以不干擾或不消極地影響鄰近重疊的軌道電路的操作的頻率工作?，F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要使用復(fù)雜和昂貴的模擬帶通濾波器，以在重疊接近的頻率之間進(jìn)行區(qū)分。此外，鄰近重疊需要將頻率選擇設(shè)計成確保系統(tǒng)連續(xù)工作。頻率選擇可以根本不是最佳的或期望的，這是由于需要為兩個系統(tǒng)對列車的適當(dāng)檢測提供必要的接近軌道電路距離之故。頻率選擇直接涉及針對工作頻率的軌道(102)的傳輸或阻抗特性以及最大速度列車需要的接近長度。
如上面論述的，軌道電路系統(tǒng)在軌道上發(fā)送信號，以檢測軌道上列車的存在、位置和運(yùn)動。鐵路軌道是用于各種軌道電路設(shè)備、駕駛室信令設(shè)備以及用于為提供電源至電氣化機(jī)車而提供電線上的電功率的通信介質(zhì)。此外，軌道拾取來自多個源的電磁輻射，所述多個源包括最接近的電源線、由鄰近軌道發(fā)送的信號等。如此，軌道上的電信號包括無數(shù)的信號電平、頻率和諧波含量。
圖3是說明作為頻率和距離的函數(shù)的、鐵路軌道(102)的電阻抗幅度的圖示。圖3說明了在80Hz至1000Hz頻帶中工作的現(xiàn)有技術(shù)交叉口軌道電路系統(tǒng)所采用的二十八(28)個典型頻率的阻抗特性。將工作頻率的數(shù)量限制為可用的總頻率帶寬、檢測每一個工作頻率所需要的帶寬和在工作頻率之間分離所需要的帶寬的函數(shù)。針對給定的工作頻率在曲線上從右至左的運(yùn)動類似于朝交叉口運(yùn)動、從而減小接近軌道電路的監(jiān)視距離的列車。當(dāng)列車接近平交道口(108)時，在分路器(120)或(124)之前，列車的輪軸使傳輸分路，并因此減小接近軌道電路的長度。
斜率隨著軌道長度的減小而線性減小的每一曲線的區(qū)域是針對給定頻率的可用軌道長度，以便有效地檢測列車運(yùn)動和/或位置。針對給定頻率的可用接近長度是峰值線(314)左側(cè)的區(qū)域。針對每一工作頻率的軌道的阻抗特性導(dǎo)致阻抗曲線上的最大可用長度或“峰值”。在大于出現(xiàn)峰值的地方的距離處(如通過峰值線(314)右側(cè)的區(qū)域所表示)，阻抗曲線改變斜率，并且阻抗隨著軌道長度的增大而減小，直至阻抗達(dá)到不依賴于距離的恒定阻抗級。在這點上，軌道顯現(xiàn)為具有恒定或特征阻抗的傳輸線。當(dāng)檢測系統(tǒng)測量阻抗隨時間的變化(增大或減小)以確定列車的運(yùn)動、行進(jìn)方向和列車距離平交道口的距離時，與峰值相關(guān)的軌道長度是使列車檢測系統(tǒng)在給定頻率上可工作的最大軌道長度。這需要阻抗作為距離的函數(shù)本質(zhì)上是線性的。由于當(dāng)列車朝交叉口運(yùn)動時阻抗不再線性地減小，至峰值曲線(314)右側(cè)的距離導(dǎo)致系統(tǒng)不能檢測列車運(yùn)動。只有被設(shè)計成在小于阻抗峰值距離的距離處以所選擇的工作頻率工作的系統(tǒng)才提供對列車運(yùn)動的正確檢測。
圖3也說明了當(dāng)在較大距離處出現(xiàn)較低頻率的峰值時對于較長的軌道監(jiān)視距離來說較低頻率是最佳的。然而，由于較高的頻率導(dǎo)致可以較大的精確度檢測的較高的軌道阻抗級，并且提供每單位距離阻抗的較大變化，所以較高的頻率提供檢測列車的更精確手段。一般地，將特定的接近軌道電路的工作頻率選擇為可允許驅(qū)動給定的軌道長度的最高頻率。例如，對于具有所需的最大檢測范圍的軌道來說，在86Hz的工作頻率處的阻抗線(302)導(dǎo)致折合成稍微超過7000英尺的最大操作距離(304)處的峰值。然而，導(dǎo)軌的阻抗值小于1.15歐姆，并且當(dāng)距離減小時，7000英尺至2000英尺之間的阻抗值的變化導(dǎo)致0.55歐姆的縮減，這僅僅是每1000英尺0.11歐姆的變化。相比之下，在如通過曲線(318)所說明的大約565Hz的較高工作頻率處，峰值檢測距離是產(chǎn)生2.65歐姆阻抗的3000英尺。對于該工作頻率來說的1000英尺至2000英尺的減小導(dǎo)致在靈敏度方面為三倍增大的0.3歐姆的減小。這通過在979Hz的工作頻率處的曲線(328)來進(jìn)一步說明，該曲線在2000英尺處具有4.0歐姆的峰值阻抗。979Hz處的軌道的阻抗下降到1000英尺處2.8歐姆，以用于每1000英尺1.2歐姆的靈敏度。所述增大的靈敏度提供對沿著軌道(102)行進(jìn)的列車的位置和速度的改進(jìn)的確定。需要指出，圖3說明了作為頻率和距離的函數(shù)的軌道阻抗的一個實施例。然而，由于其它外部因素、比如軌道材料、工作狀況、軌道狀況和道碴狀況，軌道阻抗與長度和頻率的關(guān)系將發(fā)生變化。
鐵路交叉口報警設(shè)備具有關(guān)于可存在于工作環(huán)境中的電噪聲的電平的限制，以允許系統(tǒng)可靠工作。如上面論述的，軌道包括來自許多源的噪聲。事實上，一些軌道部分包括足夠有影響以提供對于鐵路平交道口檢測系統(tǒng)的可靠操作來說不適合的傳輸環(huán)境的電噪聲源。一個例子是在具有電氣化導(dǎo)軌、例如運(yùn)載DC或AC電功率以對在導(dǎo)軌上工作的列車供電的導(dǎo)軌的鐵路操作中。電氣化導(dǎo)軌常常以50Hz或60Hz的AC功率來充電。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)工作于較低頻率的這種情況中，為了對列車存在和運(yùn)動進(jìn)行精確確定，所述系統(tǒng)不能夠?qū)碜噪姎饣β市盘栆约跋嚓P(guān)的諧波和噪聲的必要的軌道電路信號進(jìn)行濾波。不具有對AC功率噪聲信號和相關(guān)諧波進(jìn)行充分濾波的能力，接收系統(tǒng)將不能夠充分地檢測所發(fā)送的軌道電路信號。
此外，來自鄰近交叉口或鄰近鐵路軌道的寄生(stray)電子信號通過道碴中的泄漏非故意地滲進(jìn)(bleed over into)鐵路軌道中。這種信號泄漏會消極地影響鐵路道口系統(tǒng)的工作。由于泄漏和接近軌道電路重疊，需要鐵路通過使鄰近交叉口或鄰近道路軌道之間工作頻率的選擇交替來管理各種系統(tǒng)的工作頻率。這種頻率管理需要選擇不但具有合適的軌道距離能力、而且基于用于模擬帶通濾波器對每一頻率的的濾波能力而具有必要的帶寬間隔的工作頻率。選擇頻率的目的是減小泄漏信號影響鄰近系統(tǒng)的可能性。在相同的鐵路工作者設(shè)計并操作全部鄰近軌道的情況中這常常是可管理的，但在由其它鐵路工作者設(shè)計和擁有鄰近軌道的情況中，確會變成管理的問題。
在本發(fā)明的一個實施例中，有源相位取消噪聲減小提供來自存在于鐵路軌道上的信號的減小的接收噪聲，這特別有益于從比如60Hz或50Hz電力線的外部高功率線路去除軌道電路噪聲。通過利用有源相位消除，將帶通濾波器調(diào)諧至干擾信號的頻率。被濾波的噪聲信號移位180度，并被加回到源信號中。這導(dǎo)致消除存在于源信號中的噪聲的相移噪聲，從而消除來自信號的干涉。這提高了接收器的靈敏度，從而改進(jìn)了接收信號的確定，也產(chǎn)生導(dǎo)致改進(jìn)的信號檢測的更干凈的信號。
典型地，帶通濾波器被用于恢復(fù)在感興趣的頻率處的信號并阻斷具有不想要的頻率的信號。帶通濾波器的工作特征包括通帶(例如(410)、(420)、(430))的帶寬、阻帶(例如(458)、(460)、(462))的帶寬、常常被限定為過渡區(qū)域(transition region)的斜率的濾波器的“銳度”以及被有效阻斷的阻帶之外的頻率的能量的百分比。在通帶中工作的信號典型地通過信號的100％，例如不衰減信號。如圖4中所示，從(404)至(406)示出模擬濾波器(410)的通帶，并且相關(guān)的阻帶(458)是從(446)處的頻率至(448)處的頻率。對于示出的模擬濾波器來說，在阻帶之外的頻率處的信號僅通過信號的0.1％-0.01％，或衰減信號的99.9％-99.99％。模擬濾波器具有在通帶和阻帶之間的寬的頻率范圍。該頻率范圍被稱作過渡區(qū)域，作為圖4中的濾波器(410)的一個例子被表示為線(444)和線(416)?；谶^渡區(qū)域曲線的斜率，通過各種電平衰減具有過渡區(qū)域中的頻率的信號。在特定頻率處信號衰減越多或理想的過渡區(qū)域越小，則需要更大和更復(fù)雜的模擬濾波器，因此需要更多的部件并且成本增加。
由于模擬帶通濾波器不足夠“陡峭”，例如過渡區(qū)域的斜率不是如所需的那樣急劇升降，從而不能將通帶之外的頻率是信號衰減至期望電平，所以在一個特定軌道電路頻率處的帶通濾波器在阻斷下一個軌道電路頻率時可能不是足夠有效的。模擬濾波器中銳度的缺乏產(chǎn)生對用于包含鄰近交叉口工作兼容性的情況的多個工作軌道電路頻率的操作需要。此外，在高噪聲環(huán)境中，在阻帶或過渡區(qū)域中的信號衰減可能不足以允許現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)以所需要的軌道電路頻率精確工作。
現(xiàn)有技術(shù)的鐵路平交道口系統(tǒng)采用模擬帶通濾波器，以使感興趣的頻率通過，同時阻斷其它所接收的頻率。在制造過程中典型地將這些模擬帶通濾波器調(diào)諧至基于為特定鐵路交叉口系統(tǒng)的配置而設(shè)計的工作頻率的工作頻率。在更近的現(xiàn)有技術(shù)中，研發(fā)了可編程的模擬帶通濾波器，其中在通過軟件控制的工作過程中可以改變?yōu)V波器的頻率響應(yīng)。典型地級聯(lián)多級模擬濾波器，以提供增大的噪聲抑制。在任何情況中，由于公差變化、溫度變化而由模擬帶通濾波器引入的誤差和由于級聯(lián)級引起的誤差失配。
傳統(tǒng)的鐵路交叉口報警設(shè)備在對電噪聲的抗擾性方面的限制是模擬濾波器的抑制特性。如通過圖4中的(465)所示，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中用于噪聲抗擾的典型閾值是感興趣信號的1％。感興趣頻率的信號電平的1％之上的任何信號、或與1％的噪聲抗擾線(具有與感興趣的信號相同或更大的強(qiáng)度)相交的濾波器響應(yīng)的區(qū)域內(nèi)部的任何頻率將不利地影響報警系統(tǒng)準(zhǔn)確地預(yù)測列車運(yùn)動的能力。如所論述的那樣，采用模擬濾波器的列車檢測系統(tǒng)的特性在高噪聲環(huán)境中以及在由于工作頻率間隔需求而需要多個頻率的環(huán)境中不太理想。
數(shù)字濾波器是可編程的，并且能夠被容易地改變而不影響電路(硬件)。在一個實施例中，通過數(shù)字信號處理器這樣提供濾波，以致通過軟件實施濾波。與現(xiàn)有技術(shù)的模擬帶通濾波器相比，該實施例節(jié)省成本和板空間(board space)。依據(jù)本發(fā)明的數(shù)字濾波器不受部件公差的波動或溫度變化的影響。相對于利用模擬濾波來實現(xiàn)該功能的成本的數(shù)字濾波器的性能提供了對現(xiàn)有技術(shù)的明顯改進(jìn)。數(shù)字濾波提供了過渡區(qū)域中改進(jìn)的銳度，并因此提供對在通帶之外的頻率處的信號比從實際的模擬濾波器可獲得的更多衰減。例如，對目標(biāo)頻率附近的頻率的增大的抑制是可能的，從而允許先前不適合的鄰近頻率可被用于單獨的實施。這導(dǎo)致對提供改進(jìn)操作、與其它操作系統(tǒng)的減小的頻率干擾、以及容易的頻率協(xié)調(diào)和管理的交叉口系統(tǒng)工作所需帶寬的可能抑制。改進(jìn)的濾波器也允許以工作頻率之間的減小的頻率間隔設(shè)計和操作系統(tǒng)，并允許以鄰近頻率的更接近的間隔設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)。在由于工作列車的高速度和多個軌道電路的緊密接近而存在多個鄰近和/或重疊的接近軌道電路的情況中，這是特別重要的，理想地采用增加的數(shù)量的以比如在80Hz至150Hz工作頻率范圍中的較低頻率工作的軌道電路。
在一個實施例中，本系統(tǒng)具有數(shù)字信號處理器(DSP)，所述數(shù)字信號處理器采用有限脈沖響應(yīng)(FIR)或無限脈沖響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器，以限制頻帶之外噪聲的影響和對信號測量的干擾。為了提供從濾波器通帶至阻帶的頻率之間的陡峭過渡區(qū)域和適當(dāng)數(shù)量的濾波器系數(shù)中阻帶中的充分抑制，DSP濾波器采用多速率技術(shù)，以便允許以低于數(shù)據(jù)采樣率的采樣率進(jìn)行濾波。通過源信號采樣和要采用的濾波器的脈沖響應(yīng)的卷積實現(xiàn)有限脈沖響應(yīng)濾波器。濾波器脈沖響應(yīng)的采樣被稱為濾波器系數(shù)。這樣設(shè)計該濾波器，使得當(dāng)增大阻帶抑制時、當(dāng)減小通帶波動時、以及當(dāng)源信號的采樣率增大時使過渡區(qū)域變得更陡峭。在這些情況中，濾波器系數(shù)的數(shù)量增大。所需要的更多的濾波器系數(shù)增大了所需要的存儲和處理時間。此外，數(shù)據(jù)溢出和量化效應(yīng)可能引起信號的失真。另一方面，確定源信號的幅度的精確度主要取決于對源的高速率的采樣，這樣增大了所需要的濾波器系數(shù)的數(shù)量。為了平衡這兩個矛盾的需要，一個實施例提供了多速率濾波器設(shè)計。在該實施例中，以高采樣率采樣源信號，并通過僅保留每第n個采樣來抽取該源信號的十分之一，從而有效地降低采樣率。有限脈沖響應(yīng)濾波器以該較低的采樣率運(yùn)轉(zhuǎn)，減小了所需要的濾波器系數(shù)的數(shù)量。在濾波器的輸出端處，通過N的因數(shù)對濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插，從而恢復(fù)原始的高采樣率。最后，對內(nèi)插數(shù)據(jù)進(jìn)行反圖像有限脈沖響應(yīng)，以消除內(nèi)插頻率的頻譜圖像。由于反圖像濾波器具有比主數(shù)據(jù)濾波器更不嚴(yán)格的需要，它需要相對少的系數(shù)。最終結(jié)果是非常高質(zhì)量的有限脈沖響應(yīng)濾波器，其可以以比在沒有利用多速率技術(shù)的情況下所需要的系數(shù)顯著少的系數(shù)在數(shù)據(jù)上運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一實施例采用不隨時間波動或變化的濾波，或作為溫度或工作電壓的變化的結(jié)果的濾波。例如，通過符合該系統(tǒng)的數(shù)字信號處理器(DSP)提供的濾波采用具有不依賴于工作狀況的相符的衰減特性的軟件濾波。
另一實施例提供過采樣、濾波、信號平均和相關(guān)，以提供接收信號的較高精確度和用于確定交叉口監(jiān)視區(qū)域中列車的存在和運(yùn)動的數(shù)據(jù)的更大的置信度。
本系統(tǒng)的另一實施例應(yīng)用相關(guān)方案，以從包括來自鄰近鐵路交叉口報警系統(tǒng)的噪聲或信號的環(huán)境中恢復(fù)調(diào)制信號。通過接收信號與所發(fā)送的信號的交叉相關(guān)，相對于感興趣的信號減小噪聲或其它不想要的信號，從而增大信噪比。
本系統(tǒng)的另一實施是應(yīng)用匹配的濾波器相關(guān)技術(shù)，以最大化信噪比，并因此提供所恢復(fù)的信號的幅度的更大精確度。
本發(fā)明的另一實施例是對接收信號進(jìn)行過采樣，以增大信噪比，并提供所恢復(fù)的信號的更大精確度。對信號進(jìn)行過采樣也允許如抑制超過奈奎斯特頻率的信號所需的那樣對外部抗混淆(anti-alias)濾波器的需要。這提供了在抗混淆濾波器的設(shè)計方面的改進(jìn)，并導(dǎo)致需要更低的成本。
本發(fā)明的另一實施例應(yīng)用信號平均，以便相干信號的和隨著所進(jìn)行的測量的次數(shù)而增大，同時噪聲僅作為測量的次數(shù)的平方根而增大。這提供了增大的信噪比。
本系統(tǒng)的另一實施例提供了接收器的門控接收，以便在對應(yīng)于發(fā)送島信號的周期和從由發(fā)送器至接收器的傳輸所需要的時間周期的門控窗口(gated window)期間僅接收所接收的島信號。在島信號被發(fā)送的時幀期間，通過門控島信號接收器以便僅接收島信號，減小了不正確地響應(yīng)不同的島電路發(fā)送器的概率。
本系統(tǒng)的另一實施例使用代替隨機(jī)頻率嵌入在軌道信號中的代碼字和循環(huán)計數(shù)，以唯一地識別信號。通過比如正交相移鍵控的調(diào)制方案，將所選擇的代碼字調(diào)制到被發(fā)送至軌道的信號之上。解調(diào)從軌道接收的信號，并檢查所嵌入的代碼字的存在。如果發(fā)現(xiàn)一個，則將它與存儲于發(fā)送單元上的代碼字進(jìn)行比較。如果代碼字不匹配，則抑制該輸入信號。通過確定性地鑒別信號，而不是取決于隨機(jī)的相關(guān)，這改進(jìn)了現(xiàn)有的設(shè)置。此外，在軌道信號上設(shè)置代碼字的能力允許一個交叉口控制單元傳遞信息給鄰近單元，以用于狀態(tài)或即將到來的列車的警報。
現(xiàn)在參照圖4，模擬帶通濾波器使在工作頻率的任何一側(cè)的限定范圍中的頻率通過。使100％的信號通過的帶通濾波器的頻譜被稱作濾波器的通帶。圖4說明了鐵路交叉口軌道電路的三個典型的工作頻率86Hz(402)、114Hz(418)和135Hz(428)。第一模擬帶通濾波器(410)檢測具有通帶的低端(404)和高端(406)的86Hz的軌道電路信號。通帶(410)定中心于中心工作頻率(402)，并且使(404)和(406)之間的所有頻率的100％通過。一個例子是具有16Hz通帶的86Hz濾波器，其使將為78Hz的(404)和將為96Hz的(406)之間的所有頻率的100％通過。制造具有非常窄的過渡區(qū)域的帶通濾波器是困難的，并且非常昂貴。然而，期望采用具有足夠窄以僅使所期望頻率的100％通過、同時充分地衰減所有其它頻率的過渡區(qū)域的濾波器。配備有這種窄的帶通濾波器的列車檢測系統(tǒng)將提供改進(jìn)的列車檢測，并且將允許大大接近于其它工作頻率的工作頻率的使用。這特別是在高噪聲環(huán)境中或在存在大量其它軌道電路時的情況。
模擬濾波器不是完美的濾波器，并且同樣地不能衰減在通帶之外的信號的100％。這在圖4中通過濾波器(410)的前沿(444)和后沿(408)的斜率來說明。前沿(444)和后沿(408)衰減頻率在阻帶(458)之外的信號的至少99.9％。然而，在頻率在較接近于通帶的過渡區(qū)域中時使信號電平的增大的百分比通過。通過的信號的百分比減小的濾波器曲線的區(qū)域被稱作過渡區(qū)域的“下降”(rolloff)。如通過曲線的斜率反映的所述過渡區(qū)域的銳度直接影響接收濾波器抑制接近通帶頻率的頻率的能力?，F(xiàn)有技術(shù)列車檢測系統(tǒng)中使用的模擬濾波器具有每十進(jìn)制頻率(per decade of frequency)20-100db的過渡區(qū)域下降。下降越劇烈，所需要的模擬濾波器就越大并且越昂貴。這是基于成本和PC板空間需要對這些模擬濾波器的尺寸的實際限制。
模擬帶通濾波器的局限性的影響對接收和檢測所期望的工作頻率和接收信號特性的能力起消極作用。模擬濾波器局限性因此消極地影響列車檢測系統(tǒng)確定阻抗以及因此確定列車的存在、運(yùn)動和速度的能力。模擬濾波器局限性也消極地影響使用在所期望的工作頻譜中的多個工作頻率的能力。
現(xiàn)在再次參照圖4，在(418)處示出第二工作頻率114Hz。第二模擬濾波器(420)具有從(422)至(424)的通帶。第二濾波器(420)的通帶不同于第一濾波器(410)的通帶，并被間隔頻帶(412)隔開，以提供對僅在所期望的濾波器的通帶中的頻率的檢測。然而，由于每一個模擬濾波器都是不完美的，并使以在通帶之外的和在如通過第一濾波器(410)的后沿(408)和第二濾波器(420)的前沿(414)所限定的過渡區(qū)域中的頻率工作的信號通過，間隔頻帶在某些情況中不足夠大以充分地衰減與鄰近帶通濾波器相關(guān)的頻率。
由于模擬濾波器衰減在它們的通帶之外的頻率的局限性，常常選擇適合的工作頻率。鄰近模擬濾波器提供間隔頻帶(412)，以便較低的鄰近濾波器僅使與鄰近的較高頻率濾波器重疊的頻率相關(guān)的信號的預(yù)先確定的公差水平通過。在所述說明中，通過點(416)示出10％電平處的典型的重疊相交。在該例子中，以86Hz帶通濾波器工作的系統(tǒng)將允許頻率(422)(其是114Hz濾波器的較低通帶頻率)處信號的10％通過。由于1％的噪聲閥值，這意味著在114Hz處工作的接近軌道電路不與在86Hz處的重疊的接近軌道電路兼容。結(jié)果，將需要使用下一個較高或較低的頻率。操作系統(tǒng)需要鄰近工作軌道電路不具有其濾波器通帶與鄰近工作軌道電路的超過1％噪聲閥值的重疊。同樣，在與工作頻率(420)相同的鄰近中不能采用濾波器(410)的工作頻率(402)。與頻率(402)兼容的下一個工作頻率將是帶通濾波器(430)的工作頻率(428)，所述帶通濾波器具有從(432)至(434)的通帶。在這種情況中，可以看出濾波器(430)的過渡頻帶(436)與低于1％噪聲閥值的濾波器(410)通帶(406)相交。然而，當(dāng)它不能提供該區(qū)域中最大速度列車所需要的必要的或所期望的監(jiān)視距離時，工作頻率(428)的采用可能不是用于配置的最佳選擇。
本系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理(DSP)系統(tǒng)，以提供較窄的濾波器通帶和較陡峭的過渡頻帶下降，以及在通帶之外具有改進(jìn)的衰減的改進(jìn)的濾波系統(tǒng)。如圖5所示，符合本系統(tǒng)的第一濾波器(510)具有如通過過渡區(qū)域的前沿(544)和后沿(508)的增大的斜率所示出的通帶之外的明顯改進(jìn)的衰減。利用模擬帶通濾波器實際上不能獲得如圖5中所示的通帶之外的衰減特性。在這些過渡區(qū)域中增大的衰減提供對列車的工作和檢測的改進(jìn)。
附加的改進(jìn)是提供給信號檢測系統(tǒng)的信號的增大的信噪比。通過提供通帶的頻率中具有較高的信噪比的強(qiáng)信號，明顯改進(jìn)了信號特性的檢測。所述檢測系統(tǒng)具有更干凈的信號，以分析和確定所發(fā)送的操作信號的電壓和電流，以及因此確定阻抗。本系統(tǒng)的另一個改進(jìn)是，由于過渡區(qū)域中衰減的斜率增大，所以可以減小工作頻率之間的間隔頻帶。如圖5所示，在通過(565)示出的1％的噪聲閥值電平之下出現(xiàn)如通過點(516)示出的第一濾波器(510)和第二濾波器(520)之間重疊的電平。
符合本系統(tǒng)的濾波器設(shè)計提供作為過渡區(qū)域中提高銳度的結(jié)果的、所需間隔頻帶的帶寬的減小。如此，可以使用比先前能夠使用的更接近的工作頻率。此外，這使鄰近頻率可用于重疊接近之上，其中先前它們是不適合的。如圖5所示，由于過渡區(qū)域的斜率增大，可以減小兩個濾波器之間的間隔。例如，濾波器(510)和濾波器(520)之間的間隔頻帶當(dāng)前說明了至在點(517)處以＜0.1％的信號通過率交叉的過渡區(qū)域的通帶。由于這種相交在1％噪聲閥值電平之下，這意味著可以減小間隔頻帶(512)，并因此可以減小工作頻率(418)，例如可以采用更接近于(402)的頻率的頻率。如圖3所示，在80Hz至1000Hz的工作頻帶中，大部分由于對模擬濾波器的限制，現(xiàn)有技術(shù)被限制為28個工作頻率。相反，本系統(tǒng)將提供間隔頻帶的所需帶寬的減小。這將單獨地導(dǎo)致可用頻率的數(shù)量的增大。
本發(fā)明的另一操作改進(jìn)是濾波器方面的改進(jìn)，以提供對噪聲和干擾、特別是與在50Hz或60Hz處工作的電源相關(guān)的噪聲或信號的增大的衰減。通過提供對這些功率信號的改進(jìn)的濾波，現(xiàn)在可以在至今不可用于接近軌道電路系統(tǒng)的惡劣的電氣或。吵雜環(huán)境中的接近軌道電路上配置采用較低工作頻率的軌道電路、以及因此較長的軌道長度。這包括對電氣化軌道系統(tǒng)的配置。
符合本系統(tǒng)的另一操作改進(jìn)是濾波器通帶的帶寬的減小。如上面所論述的，模擬濾波器在其濾波單獨的頻率、并因此使高端頻率和低端頻率之間的頻率通過、并因此限定通帶的能力方面是有限的。本系統(tǒng)的一個實施例是提供檢測發(fā)送頻率所需的通帶的明顯減小?，F(xiàn)在再次參照圖5，通帶(510)定中心于工作頻率(402)。本發(fā)明的一個實施例提供在帶寬方面比與工作頻率(402)相關(guān)的、如圖4所示的所需通帶更狹窄的通帶(510)，例如通帶(410)。如圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要為工作頻率的正或負(fù)的10％的比如(410)的通帶。例如，在工作頻率為86Hz，總通帶近似為16Hz，其從78Hz至94Hz，例如正或負(fù)8Hz。相反，在本發(fā)明的一個實施例中，通帶被減小至工作頻率的正或負(fù)的3％。在這種實施例中，86Hz工作頻率的通帶(410)將從83Hz至89Hz，濾波器的通帶的所需帶寬明顯減小。這本身提供對信噪比的實質(zhì)改進(jìn)，分析該信噪比以確定工作傳輸特性。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面的另一改進(jìn)由通帶帶寬和所需間隔帶寬的減小、例如相關(guān)的濾波器阻帶(例如(553)、(560)、(562))的帶寬的減小而產(chǎn)生。通過減小與每一濾波器相關(guān)的阻帶，明顯相互較接近的頻率現(xiàn)在變得適合用于鄰近系統(tǒng)。再次參照圖5，在1％噪聲閥值之下出現(xiàn)頻率(402)的上通帶(506)和頻率(418)的過渡帶(514)的相交。如此，可以采用小于頻率(418)的工作頻率作為工作頻率，并該工作頻率仍然適合于采用頻率(40)的軌道電路，而在現(xiàn)有技術(shù)中即使頻率(418)也不與重疊接近中的頻率(402)兼容。
通過減小通帶的帶寬，檢測系統(tǒng)配備有較窄的頻率范圍和具有較少噪聲的更干凈的信號，從該信號確定信號特性。較窄的信號包括較少的噪聲，并改進(jìn)了信號的檢測。這導(dǎo)致在惡劣環(huán)境中操作列車檢測系統(tǒng)的能力，所述惡劣環(huán)境包括其它信號、相當(dāng)大的噪聲和諧波。由于較窄的通帶濾波，在將信號提供給檢測系統(tǒng)之前就更有效地衰減來自電源系統(tǒng)、電氣化系統(tǒng)、駕駛室信令系統(tǒng)和鄰近和重疊的軌道電路系統(tǒng)的噪聲。
由接收濾波器的減小的通帶帶寬產(chǎn)生的另一操作改進(jìn)是采用相互更接近的工作頻率的能力。在一個實施例中，由于16Hz的現(xiàn)有技術(shù)的通帶帶寬至8Hz的50％的減小，80Hz和1000Hz之間可用的工作頻率的數(shù)量從28個工作頻率增加至42、即50％的增大。本系統(tǒng)的操作改進(jìn)是可用頻率的數(shù)量的增大，所述頻率是可進(jìn)行的對于具體的接近軌道距離和最大的列車速度而言更佳的頻率的選擇。例如，本系統(tǒng)提供了允許更長接近長度的頻譜的較低端中的更多工作頻率。此外，由于在衰減比如50Hz或60Hz電源信號的其它信號方面的改進(jìn)，低于80Hz的頻率現(xiàn)在可用作工作頻率。通過采用小于80Hz的頻率，如圖3所述，更長的接近軌道長度是可能的。當(dāng)列車工作者設(shè)計具有增大的列車速度、需要比之前更長的接近長度的系統(tǒng)時，這尤其是理想的。
此外，本系統(tǒng)的改進(jìn)提供了當(dāng)鄰近和/或重疊的軌道電路可以更經(jīng)常地“再用”、并比現(xiàn)有技術(shù)工作頻率更緊密地接近時所需要的頻率的總量的減小。
通過減小由軌道電路發(fā)送器(110)引入鐵路軌道(102)的總諧波失真，本系統(tǒng)提供了軌道電路傳輸系統(tǒng)的工作特性的明顯改進(jìn)。如在上面關(guān)于噪聲所論述的，作為傳輸介質(zhì)的軌道包括相當(dāng)多的噪聲。所述噪聲中的一些實際上是通過包含許多諧波的信號的產(chǎn)生、放大和傳輸而由現(xiàn)有技術(shù)軌道電路傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的。實際上，包括鐵路道口系統(tǒng)和編碼的駕駛室信令系統(tǒng)在內(nèi)的在軌道上發(fā)送信號的系統(tǒng)是造成這種諧波噪聲含量中大多數(shù)的原因?，F(xiàn)有技術(shù)軌道電路系統(tǒng)產(chǎn)生相當(dāng)大的諧波含量。由于諧波所產(chǎn)生的噪聲的有效電平使得難以恢復(fù)導(dǎo)致不可靠的操作或不精確的報警時間的系統(tǒng)自身信號。在一些情況中，由于噪聲干擾，不能以其它軌道設(shè)備操作交叉口報警設(shè)備，或反之亦然。
現(xiàn)有技術(shù)的軌道發(fā)送器產(chǎn)生方波信號，通過模擬濾波器對所述方波信號進(jìn)行濾波以去除較高頻率諧波。然而，由于模擬濾波器在完全去除諧波并因此產(chǎn)生純正弦波信號方面的局限性，近似正弦波的濾波后的信號包含許多諧波。包括許多諧波的濾波后的信號被提供給放大器，以用于在軌道上發(fā)送。利用數(shù)字信號處理器，本發(fā)明提供來自正弦波發(fā)生器的幾乎不具有諧波的高保真度正弦波的產(chǎn)生。在一個實施例中，本系統(tǒng)的總諧波失真(THD)小于80Hz和1000Hz之間的所有頻率的1％。通過利用數(shù)字信號處理器來產(chǎn)生隨后被放大并在軌道上發(fā)送的高保真度信號，軌道傳輸系統(tǒng)具有與軌道電路信號的工作頻率的諧波相關(guān)的最小噪聲。在一個實施例中，數(shù)字信號處理器通過正弦波值的表以指定速率使正弦波發(fā)生器電路輪轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生在所期望的頻率處的高保真度正弦信號。用于產(chǎn)生具有最小失真的純正弦波的其它實施例包括正弦波計算、從ROM的正弦波查找、直接數(shù)字合成(DDS)以及遞歸的濾波和內(nèi)插。通過低失真功率放大器放大所得到的正弦波信號，并且將其施加至具有非常少的諧波含量的軌道。該解決方案允許平交道口設(shè)備容易地檢測和恢復(fù)它的發(fā)送信號，從而導(dǎo)致提高的可靠性和更好的精確度。通過不產(chǎn)生干擾諧波頻率，它還允許交叉口報警設(shè)備與較寬范圍的軌道設(shè)備兼容。
在本系統(tǒng)的另一實施例中，系統(tǒng)提供對接近和島軌道電路增益的改進(jìn)的控制，允許在系統(tǒng)的操作過程中由于外部和環(huán)境因素而對增益進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。當(dāng)在初始系統(tǒng)設(shè)置過程中典型地校準(zhǔn)或確定軌道上所發(fā)送的電壓和電流電平時，軌道電路設(shè)備的工作環(huán)境是惡劣的，常常經(jīng)歷工作溫度和狀況的明顯變化，包括雪、冰、雨和鹽對軌道的阻抗以及對從鄰近軌道出現(xiàn)的泄漏的影響。在工作過程中，本系統(tǒng)提供自動的增益調(diào)節(jié)，以確保系統(tǒng)以最佳的發(fā)送電平連續(xù)工作，并使得阻抗曲線和接收數(shù)據(jù)分析是適合的。
本系統(tǒng)提供對軌道電路頻率管理和用于軌道電路系統(tǒng)的設(shè)計、實施和工作的操作方法的大大改進(jìn)。這對于鄰近交叉口的工作頻率不彼此干擾的配置來說是關(guān)鍵性的。為了獲得配置的最大量的靈活性，鐵路需要具有可選擇的大量工作頻率的交叉口保護(hù)系統(tǒng)。如上面論述的那樣，本系統(tǒng)提供80Hz至1000Hz的工作頻帶中可用工作頻率的數(shù)量的增大。實際上，由于通帶和間隔頻帶的帶寬的減小，通過本系統(tǒng)提供的可用工作頻率的數(shù)量將增大。此外，本系統(tǒng)提供低于先前所使用的頻率的頻率的采用，這不僅增加了工作頻率的數(shù)量，而且增加了可用于接近軌道電路的最大距離。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)在可利用和適合的工作頻率的數(shù)量方面、特別是在極長的接近長度所需的較低頻率方面受限制的情況中，本系統(tǒng)在較低頻率范圍內(nèi)工作頻率和適合的工作頻率的增加改進(jìn)了軌道電路的設(shè)計，從而允許最佳地用于特定軌道和列車速度的更多設(shè)計以及對外部因素的較小的依賴性，所述外部因素比如是鄰近信號和重疊系統(tǒng)?，F(xiàn)在可以利用較長的接近距離來實現(xiàn)更多的軌道電路，這允許對更快速運(yùn)動的列車的交叉口保護(hù)。
現(xiàn)在再次參照圖2，在存在許多街道的大城市區(qū)域中，出現(xiàn)軌道電路重疊。在這些情況中，或在接近剛好就在鄰近區(qū)域中(或者在相同的導(dǎo)軌上，或者在雙或三重軌道中的鄰近導(dǎo)軌上)的情況中，每一交叉口的接近軌道電路必須以不同的兼容的頻率工作。如先前所論述的，兼容的頻率的可用性受接收器電路使適合的頻率通過同時抑制不想要的頻率的能力所限制。在利用現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一些情況中，工作頻率選擇需要系統(tǒng)設(shè)計者選擇小于對所需的軌道情況或所需的軌道電路監(jiān)視距離來說最佳的頻率的頻率。這種部分不兼容性已經(jīng)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中對80Hz和1000Hz的所期望工作頻率之間多個工作頻率的需要。如圖3所反映的，一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)具有在80Hz至1000Hz的頻帶中所限定的28個工作頻率，以便產(chǎn)生用于最多的工作鐵路系統(tǒng)的充分兼容的組合。然而，在列車速度高的情況中，當(dāng)僅有較低的頻率提供必要的較長的軌道長度時，兼容頻率的總數(shù)量顯著地小于28。
不管在鄰近、重疊或多軌道的情況中，本系統(tǒng)的改進(jìn)的濾波和檢測能力將明顯地減小各種軌道電路之間所需要的頻率協(xié)調(diào)。當(dāng)減小工作頻率的變化時，超過總工作頻帶的工作頻率的數(shù)量的增加將減小對用于終止接近軌道電路的調(diào)諧分路器的需要。
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)提供了最佳接近軌道電路和用于具體操作實施的島軌道電路頻率的系統(tǒng)確定。該系統(tǒng)基于對被發(fā)送到工作鐵路軌道之上的測試信號的自動分析來選擇最佳的工作頻率，所述測試信號包括噪聲和來自外部信號源的發(fā)送信號，所述外部信號源包括電源線和其它鄰近和/或重疊的軌道電路設(shè)備。所述系統(tǒng)根據(jù)噪聲和工作特性確定作為接收信號的質(zhì)量的函數(shù)的、用于所需要的檢測距離的最佳工作頻率。如上所述，確切的頻率不局限于預(yù)定頻率或通道，而是從頻帶內(nèi)無限數(shù)量的工作頻率中選擇。
在一個實施例子中，本系統(tǒng)自動確定所恢復(fù)和所確認(rèn)的島脈沖串信號的數(shù)量的閥值，所述信號確定是否應(yīng)將島聲明為有源或無源?；趯υ谲壍郎纤l(fā)送的測試波形的系統(tǒng)分析確定閥值，以用于作為依據(jù)作為傳輸介質(zhì)的軌道的噪聲和傳輸特性的、信號的質(zhì)量的函數(shù)的具體軌道電路實施。
類似地，在另一實施例中，系統(tǒng)提供用于調(diào)節(jié)連續(xù)的島信號脈沖串之間的時間的、所恢復(fù)和所確認(rèn)的島脈沖串信號的數(shù)量的閥值的自動確定，從而最佳化系統(tǒng)對列車進(jìn)入或離開島的響應(yīng)時間。
在另一實施例中，在初始系統(tǒng)實施過程中提供接近和島軌道電路的自動校準(zhǔn)，以便針對具體的軌道情況最佳化發(fā)送功率。該系統(tǒng)產(chǎn)生用于島軌道信號或接近軌道信號、或兩者的測試軌道電路信號，并分析接收信號，以最佳化信噪比，以便使接收器最佳地檢測發(fā)送信號，并且能夠最佳地確定列車的存在和運(yùn)動。這改進(jìn)了系統(tǒng)的操作，并減小了設(shè)計和設(shè)置時間。此外，系統(tǒng)提供了在操作過程中對輸出功率的精細(xì)的調(diào)諧調(diào)節(jié)，以獨立于由外部因素引起的變化來提供在系統(tǒng)壽命期間一致的接收信號質(zhì)量，所述外部因素比如是天氣、噪聲、溫度、道碴情況以及比如冰、雪或鹽的外來物質(zhì)的存在。
現(xiàn)在參照圖6，軌道電路(600)的一個實施例的系統(tǒng)示意圖包括接近軌道電路(602)(例如128)和島軌道電路(650)(例如說明了(110))。一個實施例采用雙數(shù)字信號處理器(DSP)。第一數(shù)字信號處理器(DSP A)(604)提供正弦波輸出信號(626)至正弦波發(fā)生器(606)，以產(chǎn)生為具有最小諧波含量的純正弦波的接近正弦波(608)。第一DSP(604)提供接近增益信號(624)，所述接近增益信號提供對接近發(fā)送器(610)的必要的增益控制。接近正弦波(608)被提供給接近發(fā)送器(610)，該接近發(fā)送器(610)基于接近增益信號(624)放大接近正弦波信號(608)，并通過發(fā)送器導(dǎo)線(112A)和(112B)在導(dǎo)軌(102)上發(fā)送被放大的接近信號。
接近軌道電路(602)產(chǎn)生表示沿著導(dǎo)軌(102)發(fā)送的電壓的反饋(612)，以及表示所發(fā)送的電流的反饋(678)。差動放大器可被用于提供發(fā)送電壓反饋(612)和發(fā)送電流反饋(678)。例如，差動輸入放大器(607)連接至導(dǎo)線(112A)和(112B)，并且輸出端提供表示所發(fā)送的接近信號的電壓的反饋電壓(612)。與輸出導(dǎo)線(112B)串聯(lián)地插入電阻器(609)，并且差動輸入放大器(611)具有連接至電阻器(609)的相應(yīng)端的輸入端，以便提供表示施加至軌道的恒定電流的值的反饋電流信號(678)。所接收的電壓反饋(614)表示由接收器通過導(dǎo)線(116A)和(116B)拾取的所發(fā)送的接近信號電壓。在一個實施例中，接收器(615)是具有連接至連接點(116A)和(116B)的輸入端的另一個差動輸入放大器，并且來自放大器的輸出信號是表示所接收的接近信號的電壓。反饋(612)、(678)和(614)被提供至包括軌道電路反饋(616)、抗混淆濾波器(618)和多路復(fù)用器(620)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(617)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，多路復(fù)用包括以單個復(fù)數(shù)信號(即多路復(fù)用信號)的形式同時發(fā)送多個信號或信息流。在這種情況中，抗混淆濾波器(618)接收發(fā)送電壓反饋(612)、發(fā)送電流反饋(678)以及接收電壓反饋(614)，以消除例如所接收的反饋信號中的噪聲。多路復(fù)用器(620)耦合至抗混淆濾波器，并且多路復(fù)用被濾波的第一發(fā)送電壓反饋(612)、被濾波的第一發(fā)送電流反饋(678)以及被濾波的第一接收電壓反饋(614)，以產(chǎn)生多路復(fù)用模擬信號(622)。對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(662)提供多路復(fù)用模擬信號(662)，在該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中對模擬信號進(jìn)行采樣和數(shù)字化，并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于發(fā)送電壓反饋(612)和發(fā)送電流反饋(678)以及接收電壓反饋(614)的第一數(shù)字信號。在DSP(604)中對第一數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字帶通濾波，并且處理濾波后的數(shù)據(jù)，以確定信號電平和相位。具體地，對第一數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定發(fā)送電壓反饋(612)和發(fā)送電流反饋(678)以及接收電壓反饋(614)的頻率和幅度。對第二信號進(jìn)行處理也包括對第二數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定接收電壓反饋(614)的頻率是否在第一通帶范圍中。如果確定接收電壓反饋(614)在第一通帶范圍中，則DSP(604)使用所確定的信號電平(也就是幅度)和相位數(shù)據(jù)來計算總軌道阻抗，總軌道阻抗又確定了接近軌道電路(128)中列車的存在和運(yùn)動。在可替代的實施例中，DSP(604)為計算總軌道阻抗的不同的處理器(未示出)提供包括信號電平和信號相位的數(shù)據(jù)，總軌道阻抗又確定了接近軌道電路(128)中列車的存在和運(yùn)動。
類似地，第二數(shù)字信號處理器(DSP B)(654)產(chǎn)生至第二正弦波發(fā)生器(658)的正弦波輸出信號(656)，以產(chǎn)生島正弦波信號(660)。對島發(fā)送器(664)提供島正弦波信號(560)，島發(fā)送器(664)基于由第二DSP(654)提供的島增益控制信號(663)放大島正弦波信號(660)。通過絕緣的發(fā)送器導(dǎo)線(113A)和(113B)將放大的島信號發(fā)送到導(dǎo)軌(102)上。當(dāng)然在不同的實施例中，島軌道電路(110)可以采用相同的發(fā)送導(dǎo)線組。
島軌道電路(650)產(chǎn)生表示所發(fā)送的電壓的反饋(666)并產(chǎn)生表示所接收的電壓的反饋(670)。在這種情況中，差動輸入放大器(665)可以連接至導(dǎo)線(113A)和(113B)，并且輸出端提供表示所發(fā)送的接近信號的電壓的反饋電壓(666)。接收電壓反饋(670)表示由接收器經(jīng)導(dǎo)線(116A)和(116B)拾取的所發(fā)送的島信號電壓。對包括軌道電路反饋(668)、抗混淆濾波器(672)和多路復(fù)用器(674)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(671)提供發(fā)送電壓反饋(666)和接收電壓反饋(670)，以產(chǎn)生多路復(fù)用模擬信號(675)。對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(676)提供第二多路復(fù)用模擬信號(675)，在該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(676)中對信號進(jìn)行數(shù)字化，并將其轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號。在DSP(654)中對第二數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字帶通濾波，并且處理濾波后的數(shù)據(jù)，以用于信號電平的確定。具體地，對第二數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定發(fā)送電壓反饋(666)和接收電壓反饋(670)的頻率和幅度。對第二信號進(jìn)行處理也包括對第二數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定所接收的第二信號的頻率是否在鄰近第一通帶頻率范圍的第二通帶頻率范圍中。如果確定所接收的第二信號的頻率在第二通帶范圍中，則DSP(654)使用所確定的信號電平(也就是幅度)來確定島(118)中列車的存在。
應(yīng)理解的是，本系統(tǒng)的其它實施例能夠采用單個數(shù)字信號處理器，或可以采用任何數(shù)量的數(shù)字信號處理器，并仍然符合本發(fā)明的方面。在一個這樣的實施例中，以冗余模式操作如上所述的雙DSP，其中每一處理器單獨地檢測島軌道信號和接近軌道信號。在該實施例中，雙DSP提供它們單獨的數(shù)據(jù)至外部系統(tǒng)，該外部系統(tǒng)比較雙重的和冗余的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的列車報警確定。
本系統(tǒng)的另一個實施例是以發(fā)送信號的頻率的整數(shù)倍采樣從軌道恢復(fù)出的信號。參照圖6，DSP A(604)和正弦波發(fā)生器(606)用于產(chǎn)生頻率為Af的接近正弦波信號(608)。為了幫助數(shù)字信號處理，并最終增大接收信號的精確度，DSP A(604)提供以接近采樣時鐘(未示出)為形式的可編程時鐘給可被編程至N倍Af的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCA(662)，其中N是整數(shù)值(也就是1、2、3...等)。相同的方法被用于島電路，其中DSP B(654)和正弦波發(fā)生器(658)產(chǎn)生頻率為Ai的島正弦波信號(660)。DSP B(654)提供作為島采樣時鐘(未示出)的可編程時鐘給被編程至Q倍Ai的ADC B(676)，其中Q是整數(shù)值(也就是1、2、3...等)。基于DSP FIR和/或IIR濾波器設(shè)計需要來選擇N和Q。這允許最佳化濾波器系數(shù)，以恢復(fù)所討論的發(fā)送信號，并且僅通過改變DSP軟件可以實現(xiàn)所得到的數(shù)據(jù)采集和從信號中濾掉噪聲。
本系統(tǒng)的另一個實施例是抗混淆濾波器也是通過DSP軟件可編程的?，F(xiàn)在再次參照圖6，DSP A(602)提供可編程時鐘(682)給被編程至M倍Af的抗混淆濾波器A(602)。類似地，DSP B(654)提供可編程時鐘給被編程至P倍Ai的抗混淆濾波器B(672)。在一個實施例中，利用開關(guān)電容器濾波器裝置實現(xiàn)抗混淆濾波器電路?；谟糜谝种祁l帶之外信號的裝置需要和抗混淆濾波器(AAF)需要來選擇M和P。這允許通過僅改變DSP軟件來實現(xiàn)所期望的帶通濾波。
本系統(tǒng)的另一實施例是通過使數(shù)據(jù)采集采樣時鐘和抗混淆濾波器時鐘可編程，僅需要一種硬件配置來實現(xiàn)和支持用于鐵路道口系統(tǒng)的整個頻率范圍。這減小了以數(shù)量減少的不得不制造和存儲的系統(tǒng)為形式的制造商的成本，并減小了在較少數(shù)量的不得不購買和維持的備用系統(tǒng)方面的用戶的成本。
雖然已結(jié)合鐵路交叉口、更具體地結(jié)合對接近這種交叉口的列車的檢測說明了用于產(chǎn)生和檢測沿著鐵路導(dǎo)軌發(fā)送的信號的應(yīng)用的改進(jìn)系統(tǒng)和技術(shù)，但本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)也可以用于其它鐵路路旁應(yīng)用。例如，所述系統(tǒng)和技術(shù)可被用于結(jié)合在軌道之間的開關(guān)的聯(lián)鎖設(shè)備的操作進(jìn)行列車檢測。
此外，所述系統(tǒng)和技術(shù)可以用于軌道電路應(yīng)用，其中沿著導(dǎo)軌在間隔的位置處定位發(fā)送器和接收器，以檢測發(fā)送器和接收器之間的間隔中列車的存在。它們也可以用于駕駛室信令，其中沿著導(dǎo)軌定位發(fā)送器，并在機(jī)車上定位接收器，以用于從路旁向機(jī)車發(fā)送信息，比如信號方面信息。
現(xiàn)在參照圖7，示范性流程圖說明了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于檢測鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的方法。在(702)，沿著鐵路軌道的導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號。在(704)，例如通過接收器接收沿著導(dǎo)軌被發(fā)送的第一信號。在(706)，產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一模擬信號。在(708)，將第一模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號。在(710)，對第一數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度。對第一數(shù)字信號進(jìn)行處理包括對第一數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定所發(fā)送的第一信號的頻率是否在第一通帶頻率范圍中。處理也包括確定作為當(dāng)所接收的第一信號在第一通帶頻率范圍中時接近檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示的、軌道的阻抗。在(712)，沿著鐵路軌道的導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和不同的預(yù)定工作頻率的第二信號。在(714)，例如通過接收器接收沿著導(dǎo)軌被發(fā)送的第二信號。在(716)，產(chǎn)生表示所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的第二模擬信號。在(718)，將第二模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的多個第二數(shù)字信號。在(720)，對第二數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的頻率和幅度。對第二數(shù)字信號進(jìn)行處理包括對第二數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定所發(fā)送的第二信號的頻率是否在鄰近第一通帶頻率范圍的第二通帶頻率范圍中。處理也包括確定所接收的第二信號的幅度是在閥值之上還是之下，作為當(dāng)所接收的第二信號在第二通帶頻率范圍中時島檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示。在一個實施例中，閥值對應(yīng)于發(fā)送電壓的預(yù)定百分比。
例如，對于100毫伏(mV)的發(fā)送電壓來說，閥值可以是發(fā)送電壓的80％(也就是80mV)。20mV的下降對應(yīng)于在信號在導(dǎo)軌上傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)的預(yù)期的電阻損耗。如果所接收的第二信號具有低于80mV的幅度，則可以假定列車存在于島檢測區(qū)域中?？商娲兀绻邮盏牡诙盘柧哂写笥?0mV的幅度，就假定列車不在島檢測區(qū)域中。上面的電壓幅度和閥值僅是用于說明性目的，并且可以考慮，在實施本發(fā)明時可以使用各種電壓幅度和/或閥值。
在介紹本發(fā)明或其實施例的部件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”旨在表示存在一個或多個部件。術(shù)語“包括”、“包含”以及“具有”意味著是包括在內(nèi)的，并且意味著可以有除了列出的部件之外的附加部件。
由于可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下在上面的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行變化，因此包括在上面的說明中或在附圖中示出的全部物質(zhì)應(yīng)被理解為說明性的，且不具有限制之意。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測鐵路軌道(102)的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和位置的列車檢測系統(tǒng)，所述鐵路軌道具有一對導(dǎo)軌(106)和在所述檢測區(qū)域中所識別的阻抗，并且其中所述檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置改變所述軌道(102)的阻抗，所述列車檢測系統(tǒng)包括第一發(fā)送器(610)，其連接至所述鐵路軌道(102)的導(dǎo)軌(106)，用于沿著所述導(dǎo)軌(106)發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號；第二發(fā)送器(665)，其連接至所述鐵路軌道(102)的導(dǎo)軌(106)，用于沿著所述導(dǎo)軌(106)發(fā)送具有預(yù)定幅度和不同的預(yù)定工作頻率的第二信號；接收器(615)，其連接至所述導(dǎo)軌，用于接收所述第一和第二信號；第一數(shù)據(jù)采集單元(617)，其耦合至所述第一發(fā)送器(610)和所述接收器(615)，并響應(yīng)所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號，以產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一多路復(fù)用模擬信號(622)；第二數(shù)據(jù)采集單元(671)，其耦合至第二發(fā)送器(664)，并響應(yīng)所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號，以產(chǎn)生表示所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的第二多路復(fù)用模擬信號(675)；第一轉(zhuǎn)換器(662)，用于將所述第一多路復(fù)用模擬信號(622)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號；第二轉(zhuǎn)換器(676)，用于將所述第二多路復(fù)用模擬信號(675)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的多個第二數(shù)字信號；第一數(shù)字信號處理器(604)，其響應(yīng)所述第一數(shù)字信號而對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所接收的第一信號的頻率是否在第一通帶頻率范圍中，其中所述第一通帶頻率范圍是所發(fā)送的第一信號的頻率的函數(shù)；第二數(shù)字信號處理器(654)，其響應(yīng)所述第二數(shù)字信號而對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所接收的第二信號的頻率是否在鄰近所述第一通帶頻率范圍的第二通帶頻率范圍中，其中所述第二通帶頻率范圍是所發(fā)送的第二信號的頻率的函數(shù)；以及處理器，其響應(yīng)所述第一數(shù)字信號而對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度，從而確定作為當(dāng)所接收的第一信號在所述第一通帶頻率范圍中時接近檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示的、所述軌道(102)的阻抗，并且其中所述處理器響應(yīng)所述第二數(shù)字信號而對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定第二信號的幅度是否低于閥值作為當(dāng)所接收的第二信號在所述第二通帶頻率范圍中時島檢測區(qū)域中列車的存在的指示。
2.按照權(quán)利要求1所述的列車檢測系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)據(jù)采集單元(617)包括第一反饋電路(616)，用于檢測通過所述第一發(fā)送器施加至所述導(dǎo)軌的第一發(fā)送電壓信號、通過所述第一發(fā)送器(610)沿著所述導(dǎo)軌(106)發(fā)送的第一電流信號以及通過所述接收器(615)接收的第一接收電壓信號；第一濾波器(618)，其耦合至所述反饋電路(661)，用于對所檢測到的第一發(fā)送電壓信號、所檢測到的所發(fā)送的第一電流信號和所檢測到的第一接收電壓信號進(jìn)行濾波；以及第一多路復(fù)用器(620)，其耦合至所述第一濾波器(618)，用于多路復(fù)用濾波后的第一發(fā)送電壓信號、濾波后的第一電流信號和濾波后的第一接收電壓信號，以產(chǎn)生第一多路復(fù)用模擬信號(622)，并且其中所述處理器計算作為第一發(fā)送電壓信號、第一接收電壓信號和第一發(fā)送電流信號之間的差的函數(shù)的、接近檢測區(qū)域中軌道的阻抗。
3.按照權(quán)利要求1所述的列車檢測系統(tǒng)，其中所述第二數(shù)據(jù)采集單元(671)包括第二反饋電路(668)，用于檢測通過所述第二發(fā)送器施加至所述導(dǎo)軌的第二發(fā)送電壓信號以及通過所述接收器接收的第二接收電壓信號；第二濾波器(672)，其耦合至所述反饋電路，用于對所檢測到的第二發(fā)送電壓信號和所檢測到的第二接收電壓信號進(jìn)行濾波；以及第二多路復(fù)用器(674)，其耦合至所述第二濾波器(672)，用于多路復(fù)用濾波后的第二發(fā)送電壓信號和濾波后的第二接收電壓信號，以產(chǎn)生第二多路復(fù)用模擬信號(675)。
4.按照權(quán)利要求1所述的列車檢測系統(tǒng)，其中所述第一通帶頻率范圍的帶寬近似對應(yīng)于預(yù)定工作頻率的正和負(fù)的百分之三，并且其中所述第二通帶頻率范圍的帶寬近似對應(yīng)于不同的預(yù)定工作頻率的正和負(fù)的百分之三。
5.按照權(quán)利要求4所述的列車檢測系統(tǒng)，其中間隔頻帶被限定為在所述第一通帶頻率范圍和第二通帶頻率范圍之間的頻率范圍，并且其中將所述第一和第二數(shù)字濾波器設(shè)置成使所述間隔頻帶最小化并增加同時用在單個檢測系統(tǒng)中的工作頻率的數(shù)量。
6.一種用于檢測鐵路軌道的檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置的方法，所述鐵路軌道具有一對導(dǎo)軌和在所述檢測區(qū)域中所識別的阻抗，并且其中所述檢測區(qū)域中鐵路車輛的存在和/或位置改變所述軌道的阻抗，所述方法包括沿著所述導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和預(yù)定工作頻率的第一信號；接收沿著所述導(dǎo)軌被發(fā)送的第一信號；產(chǎn)生表示所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的第一模擬信號；將所述第一模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的多個第一數(shù)字信號；以及對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所發(fā)送的第一信號和所接收的第一信號的頻率和幅度，從而確定作為接近檢測區(qū)域中列車的存在和/或位置的指示的、軌道的阻抗。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理包括確定作為所述阻抗的變化速率的函數(shù)的、檢測區(qū)域中列車的速度。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理包括對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定所接收的第一信號的頻率是否在第一通帶頻率范圍中，所述第一通帶頻率范圍是所發(fā)送的第一信號的頻率的函數(shù)，并且其中處理進(jìn)一步包括對所述第一數(shù)字信號進(jìn)行處理以確定當(dāng)所確定的所接收的第一信號的頻率在所述第一通帶頻率范圍中時的阻抗。
9.按照權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括沿著所述導(dǎo)軌發(fā)送具有預(yù)定幅度和不同的預(yù)定工作頻率的第二信號；接收沿著所述導(dǎo)軌被發(fā)送的第二信號；產(chǎn)生表示所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的第二模擬信號；將所述第二模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所發(fā)送的第二信號和所接收的第二信號的多個第二數(shù)字信號；以及對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理，以確定所接收的第二信號的幅度是否低于閥值作為島檢測區(qū)域中列車的存在的指示。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理包括對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以確定所接收的第一信號的頻率是否在鄰近所述第一通帶頻率范圍的第二通帶頻率范圍中，其中所述第二通帶頻率范圍是所發(fā)送的第二信號的頻率的函數(shù)，并且其中對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理還進(jìn)一步包括對所述第二數(shù)字信號進(jìn)行處理以確定當(dāng)所確定的所接收的第二信號的頻率在所述第二通帶頻率范圍中時所接收的第二信號的幅度是否低于閥值。
全文摘要
一種用于自動檢測在與鐵路道口相關(guān)的鐵路軌道(102)的檢測或監(jiān)視區(qū)域中列車的存在的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括發(fā)送檢測信號的發(fā)送器(610)單元。所述系統(tǒng)還包括接收檢測信號的接收器(615)。接收器單元(615)接收一個或多個信號。耦合至接收器單元的處理器(604)被設(shè)置用于處理接收信號，并確定檢測或監(jiān)視區(qū)域中列車或信號的存在、不存在或運(yùn)動。該處理器(604)單元被設(shè)置用于在該處理器(604)確定列車或一個或多個檢測信號的存在或不存在時啟動動作。本發(fā)明還包括用于自動檢測在與鐵路道口區(qū)域相關(guān)的監(jiān)視區(qū)域中列車的存在的方法。
文檔編號B61L1/00GK1750958SQ200480004120
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月13日
發(fā)明者J·弗里斯, R·費(fèi)茨, R·M·莫爾斯 申請人:通用電氣公司