r>[0046] 圖6是本發(fā)明一個實施例的硬件框圖。
【具體實施方式】
[0047] 為了提高應(yīng)答器上行鏈路信號的信噪比，減少寬頻帶的噪聲干擾，提升BTM報文 接收性能，本發(fā)明提供了一種用于應(yīng)答器上行鏈路信號處理的濾波方法。BTM通過車載天線 接收到上行鏈路信號后，經(jīng)由4. 234MHz帶通濾波器、前置放大器、ADC模塊，得到數(shù)字化的 上行鏈路信號，然后就可以利用本發(fā)明對數(shù)字化的上行鏈路信號進(jìn)行處理，自適應(yīng)地濾除 噪聲，提高信噪比，然后再將處理后去噪（去除噪聲信號）的上行鏈路信號交由BTM解調(diào)和 解碼模塊進(jìn)行處理，如圖6所示。
[0048] 應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)車載設(shè)備包括BTM和車載天線單元（簡稱車載天線），在列車運行 過程中，車載天線持續(xù)向地面發(fā)射頻率為27. 095MHz的射頻能量信號，在應(yīng)答器有效作用 距離內(nèi)，地面應(yīng)答器被激活，將存儲的報文信息用FSK (Frequency-shift keying)方式進(jìn)行 調(diào)制后發(fā)送給車載天線，車載天線將接收到的外部模擬信號經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送 到BTM進(jìn)行后續(xù)處理。FSK信號中心頻率為4. 234MHz，由于是FSK調(diào)制即頻移鍵控，以不同 的頻率代表邏輯0和邏輯1，因此由頻率3. 951MHz代表邏輯0,頻率4. 516MHz代表邏輯1。 BTM采用本發(fā)明的濾波方法進(jìn)行信號處理后，能去除通常濾波方法無法去除的寬頻帶噪聲 干擾，將更優(yōu)信噪比的上行鏈路信號發(fā)送給后級的列控車載核心設(shè)備，比如ATP或LKJ等。
[0049] 本發(fā)明一種用于應(yīng)答器上行鏈路信號處理的濾波方法的一個【具體實施方式】如圖 Ia所示，包括如下步驟：
[0050] SlO :BTM的車載天線持續(xù)接收外部模擬信號。
[0051] S20:將當(dāng)前采樣時段內(nèi)的外部模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。所述采樣時段是采集外 部模擬信號的時間區(qū)間，通常選為IOOms左右，與列車通過地面應(yīng)答器有效接收應(yīng)答器信 號的時間（即"過點"時段）為同一數(shù)量級。本發(fā)明中的"采樣周期"與接收到的射頻頻率 4. 234MHz的倒數(shù)成正比關(guān)系，實際中采樣周期為4. 234MHz倒數(shù)的五分之一左右，即比例系 數(shù)為1/5,當(dāng)然也可以是1/4. 5或1/6等。因此采樣時段約為采樣周期的IO6倍，當(dāng)然該比 值可以根據(jù)實際情況調(diào)整。
[0052] S30 :識別所述數(shù)字信號中是否包含特征頻率；若所述數(shù)字信號中不包含所述特 征頻率，則認(rèn)為在所述當(dāng)前采樣時段列車未經(jīng)過地面應(yīng)答器，稱為"未過點"時段，此時收集 的數(shù)字信號是噪聲信號，執(zhí)行步驟S40 ;若所述數(shù)字信號中包含所述特征頻率，則認(rèn)為在所 述當(dāng)前采樣時段列車正經(jīng)過地面應(yīng)答器，稱為"過點"時段，此時收集的數(shù)字信號是包含噪 聲信號的上行鏈路信號，執(zhí)行步驟S50。
[0053] S40:存儲所述采樣時段內(nèi)收集到的噪聲信號，并基于所述采樣時段內(nèi)收集到的 噪聲信號得到濾波算法的相應(yīng)參數(shù)（也稱為噪聲統(tǒng)計特性）；在下一采樣時段跳轉(zhuǎn)至步驟 S20〇
[0054] S50 :在"過點"時段，調(diào)用上一"未過點"采樣時段的噪聲信號經(jīng)步驟S40得到的 濾波算法的相應(yīng)參數(shù)，利用所述濾波算法計算得到去噪的上行鏈路信號；將所述去噪的上 行鏈路信號發(fā)送給BTM作后期解調(diào)、解碼模塊等處理；在下一采樣時段跳轉(zhuǎn)至步驟S20。從 而完成一個從采集外部模擬信號到發(fā)送去噪上行鏈路信號的循環(huán)。上述算法循環(huán)在機車運 行期間一直執(zhí)行。
[0055] 優(yōu)選的，在本發(fā)明另一個實施例中，在步驟S40中，也可以持續(xù)存儲"未過點"的當(dāng) 前采樣時段的噪聲信號（也可以存儲對其處理后得到的濾波算法的相應(yīng)參數(shù)）持續(xù)的代替 前一 "未過點"的采樣時段的噪聲信號（也可以存儲其濾波算法相應(yīng)參數(shù)），即由步驟S30 判斷只要當(dāng)前采樣時段是"未過點"時段，就持續(xù)存儲并替代之前的噪聲信號。這種迭代更 新存儲噪聲信號的方法一方面可以節(jié)省存儲空間，另一方面可以使"過點"時的上行鏈路信 號利用其前一"未過點"采樣時段的噪聲信號，由于采樣時段很短（約100ms)，可以近似認(rèn) 為"過點"時段的噪聲信號與其前一采樣時段的"未過點"時段的噪聲信號近似相同，由該 前一采樣時段的"未過點"時段的噪聲信號計算濾波算法相關(guān)參數(shù)作為"過點"時段的濾波 算法相關(guān)參數(shù)，具有最高的精度和最小的誤差，可以有效去除寬頻帶噪聲。
[0056] 本發(fā)明的另一個【具體實施方式】如圖Ib所示：BTM的車載天線持續(xù)接收外部模擬信 號，經(jīng)由4. 234MHz帶通濾波器、前置放大器以及ADC模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過 FFT頻譜分析（頻譜分析中常用的一種方法，也可以采用其它方法進(jìn)行頻譜分析由外部模 擬信號轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號）確定所述數(shù)字信號是否包含有4. 234MHz的FSK信號（即本發(fā) 明所說的"特征頻率"的一個具體例子。目前的歐標(biāo)及國標(biāo)規(guī)定，應(yīng)答器上行鏈路特征頻率 為4. 234MHz，因此本實施例的特征頻率為4. 234MHz，上述的帶通濾波器的通過頻率也是根 據(jù)這一特征頻率進(jìn)行選擇。當(dāng)然本發(fā)明不局限于這一具體頻率，如果歐標(biāo)及國標(biāo)改變應(yīng)答 器發(fā)射頻率，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解本發(fā)明所指的特征頻率也同樣適用于新的應(yīng)答器發(fā) 射頻率），若所述數(shù)字信號中不包含該特征頻率，則認(rèn)為列車未經(jīng)過地面應(yīng)答器，稱為"未過 點"時段；此時收集的數(shù)字信號是列車在該采樣時段所經(jīng)過處的外部環(huán)境的噪聲信號；若所 述數(shù)字信號中包含該特征頻率則認(rèn)為列車正在通過地面應(yīng)答器即"過點"（相應(yīng)的采樣時段 為"過點"時段），此時收集的數(shù)字信號是包含外部環(huán)境的噪聲信號的上行鏈路信號。在"未 過點"時段，本發(fā)明根據(jù)濾波算法對采集到的數(shù)字信號（實際上是噪聲信號，此處也可稱為 噪聲樣本）進(jìn)行處理，基于在所述采樣時段內(nèi)收集到的噪聲信號得到濾波算法的相應(yīng)參數(shù) (也稱為噪聲統(tǒng)計特性）。通常需要利用AR (Auto Regression，自回歸）相關(guān)原理（屬于時 間序列的分析方法之一，也可以采用其它的時間序列的分析方法，例如ARMA或MA等進(jìn)行處 理）估計上行鏈路信道傳輸?shù)脑肼暷Ｐ蛥?shù)（即提取后續(xù)濾波算法所需特征），再得到"未 過點"時段濾波算法相關(guān)參數(shù)作為后續(xù)"過點"時段濾波算法相關(guān)參數(shù)，或直接由所述噪聲 樣本由相關(guān)公式計算得到濾波算法相關(guān)參數(shù)。在"過點"時段，利用濾波相關(guān)原理對接收到 的數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理時，濾波算法的關(guān)鍵相關(guān)參數(shù)根據(jù)"未過點"時上行鏈路信道收到 并存儲的噪聲信號的噪聲參數(shù)來設(shè)定。經(jīng)過上述濾波處理的"過點"時的上行鏈路信號，以 SNR = 4 (SNR是信噪比Signal Noise Ratio的縮寫）的脈沖噪聲為例，其信噪比可以提高 30dB-50dB。根據(jù)數(shù)字通信非相干解調(diào)原理，信噪比提高30dB-50dB，可以使得應(yīng)答器報文譯 碼的誤碼率由KT 2降低到1(T7,因此本發(fā)明避免了寬頻帶噪聲干擾，極大地提升BTM報文接 收性能。
[0057] 在列車運行中，通過特征頻率判斷"過點"或者"未過點"時，特征頻率的識別可以 由波幅門限加以區(qū)分，具體的說，即判斷接收到的外部模擬信號中代表邏輯〇的3. 951MHz 頻率的波幅是否超過對應(yīng)該頻率的第一預(yù)設(shè)門限，同時，判斷所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換代表邏輯1 的4. 516MHz頻率的波幅是否超過對應(yīng)該頻率的第二預(yù)設(shè)門限，如果外部模擬信號在上述 兩個頻率的波幅均超過對應(yīng)的第一、第二預(yù)設(shè)門限，則認(rèn)為處于"過點"時段，否則，則認(rèn)為 處于"未過點"時段。列車"未過點"時，收集到的噪聲信號可以不斷更新，只保留最新采樣 時段內(nèi)的噪聲信號以及計算出來的濾波算法相關(guān)參數(shù)。當(dāng)列車"過點"時，為了獲取幅值較 大的上行鏈路信號，設(shè)置幅值門限（門限大小根據(jù)實際情況調(diào)整），只保留大于該幅值門限 的上行鏈路信號，然后對這部分信號作濾波算法。
[0058] 本發(fā)明一個具體實施例利用卡爾曼濾波原理，將"過點"時經(jīng)ADC模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后 得到的上行鏈路信號通過卡爾曼濾波模塊進(jìn)行濾波，即由卡爾曼濾波模塊作為上述實施例 中的濾波算法用以去除噪聲信號，然后將上行鏈路信號傳輸給BTM后續(xù)模塊，進(jìn)行相應(yīng)的 解調(diào)，解碼，具體過程如圖2所示。
[0059] "過點"時所采用的卡爾曼濾波算法是一種狀態(tài)估計技術(shù)，利用狀態(tài)空間的方法來 描述其數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式，通過系統(tǒng)輸入輸出觀測數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計，濾除噪聲， 得到信噪比提高的上行鏈路信號。