基于可配置数字滤波器的BTM的制作方法

基于可配置数字滤波器的btm
技术领域
1.本发明涉及铁路行业的列车控制领域，特别涉及如何在复杂多变的干扰环境下能够滤除干扰，保证正常运行的btm。


背景技术：

2.伴随着国内轨道交通的飞速发展，仅仅依靠由轨道电路将闭塞信息送至车载设备的方式，已经在信息内容和信息量上远远无法满足高速行驶和高效率调度的要求，在这个大背景下，我国的轨道交通开始引入了欧洲的应答器系统，通过应答器向车载设备提供大量的固定信息和可变信息。
3.车载设备包括应答器接收天线和应答器传输模块，以下简称btm。应答器传输系统通过各个接口进行连通与连接，其中d接口主要用以传递两个信号，一是btm主机发送27m能量信号用以激活地面应答器，二是接收应答器发送的4m频率的fsk应答器信号；btm主机通过对4m信号进行放大和滤波处理后，解调解码出应答器传输报文信息，由于btm的安全环境会引入各种干扰噪声，如何把干扰噪声滤除是btm研究的主要方向之一。
4.当前btm主机接收fsk信号后通过放大电路和滤波电路后，再经过解调和解码模块进行报文的解析，其中fsk信号中会掺杂有各种干扰，这些干扰的频率成分分布广泛，包括带内和带外，所以对干扰的精确滤波直接关系到产品的性能。
5.图1所示的基于模拟滤波器的btm，电子元器件性能在应用过程中会随着时间的推移而发生变化，这就导致了关键设计单元fsk滤波器的实际特性与设计预期特性出现偏差，滤除干扰噪声的性能、效果出现问题。


技术实现要素：

6.针对以上的问题，提出了基于数字滤波器的btm思路，采用fpga实现滤波器。
7.本发明技术效果：不仅能够保证滤波器实际特性与设计的一致性，而且能够提高滤波器的精度等特性。
附图说明
8.图1为现有基于模拟滤波器的btm功能设计框图；
9.图2为本发明基于可配置数字滤波器的btm功能设计框图；
10.图3为高速采集和数字滤波器数功能设计框图；
11.图4为基于可配置数字滤波器ic芯片的btm功能设计框图；
12.图5为可配置的数字滤波器芯片功能框图；
具体实施方式
13.下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技
术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
14.图1所示的基于模拟滤波器的btm，4m的fsk原始信号经过模拟电路的信号放大和信号滤波模块，得到较为纯净的fsk信号，信号经过fpga的信号解调和信号解码，最终输出用户报文，并上报给车载列控。其中模拟电路部分的信号放大和信号滤波功能模块是由分离的电子元件搭建的，其不同产品的滤波器的滤波精度和差异性与元器件的一致性直接相关，所以需要数字化的滤波器来消除这些差异。
15.另外，通过硬件分离元件搭建的模拟滤波器电路，一旦焊接到pcb板后，就不容易再进行修改，需要应对新的干扰环境时，只能通过修改硬件来完成滤波器参数的更新，周期长，给产品维护带来了不便。
16.目前基于模拟滤波器对fsk信号进行滤波处理的方式比较普遍，究其原因为模拟电路实现成本较低而且比较成熟，随着大规模集成电路的发展，尤其近些年来，以fpga为代表的数字芯片技术发展日益成熟，所以本发明将btm中传统模拟滤波器部分替换为fpga实现的可配置的数字滤波器，达到精细化滤波抗干扰的目的。
17.图2所示的基于可配置数字滤波器的btm，在模拟信号放大电路后级增加了高速a/d采集器件，信号滤波模块是由fpga实现，滤波参数是通过分析干扰信号的特征得到的，这样就能够根据不同的应用环境，针对不同特征的干扰将滤波参数进行不同的配置。
18.本发明的主要设计思路是通过数字化的技术解决模拟器件参数性能不精确不稳定的问题，主要通过两大步骤来实现和替代模拟滤波器：
19.第一步，完成fsk信号的高速a/d采集
20.由于fsk的中心频率为4m，所以为了提高信号分辨率，更好得重现原始信号，a/d采样频率应该尽量的高，所以本设计采用专门的高速a/d器件，但是较高的采样频率会导致数据量的增加，所以应该保证a/d采集数据存储区域不能出现数据溢出的情况。所以在与a/d进行数据接口的fpga中设计专门的数据缓冲模块对数据进行管理。
21.图3为fpga实现的可配置滤波器的设计实现框图，数据采集模块通过并行总线读取高速a/d采集到的fsk信号数值，并将其存储到数据缓冲管理模块进行缓存，滤波器模块读取数据缓冲管理模块的状态，当状态非空时则读取数据进行滤波处理，滤波后的数据传递给解调模块进行解调处理，最后得到的564k原码通过解码模块进行算法解码，解码成功后输出用户报文数据。
22.第二步，完成数字滤波器设计
23.根据模拟滤波器的设计参数，通过matlab设计生成滤波器模块代码，并将其移植到fpga的整体工程代码中进行编译，滤波器模块的输入为a/d采集模块中的数据缓存，输出为滤除干扰后fsk信号。
24.本发明方案带来的直接技术效果就是能够消除模拟器件的性能变化与差异而导致模拟滤波器的滤波效果与设计预期不一致的问题，能够提高btm产品性能的一致性；另外fpga数字芯片的可靠性要远优于模拟器件构建的模拟电路单元，所以也能显著提升btm的可靠性。
25.另外的实施例
26.上面主发明描述的信息是根据环境下干扰的特征，利用matlab和fpga设计实现对
应的可配置的数字滤波器；
27.以下实施例主要通过集成化的滤波器ic芯片替代参数可配置的fpga数字滤波器来实现基于可配置数字滤波器的btm；
28.图4描述了基于滤波器ic芯片的btm的功能数据的基本关系，原始的fsk信号经过信号放大后直接作为滤波ic芯片的输入信号，经过芯片滤波后再将其进行信号整形，将正弦波变为方波，输入给fpga的解调模块进行解调、解码，最终输出解析后的报文。
29.滤波器ic芯片预留参数配置接口，接口为并口，通过专用的配置工具将滤波器参数传递给芯片内部的寄存器，这样也可以通过配置的方式来对滤波器进行配置化管理，可靠性和一致性也能够得到基本保证。
30.图5是基于可配置的滤波器芯片的功能框图，通过配置工具对芯片内部的滤波器进行参数设置，能够实现低通(lp)，高通(hp)以及带通(bp)总共3种类型的滤波器。
31.本发明的基于可配置数字滤波器的btm具备如下技术优势：
32.1.相对于模拟器件实现滤波器的btm,本发明能够消除和避免器件差异性，提升滤波精度和产品一致性；
33.2.相对于模拟器件实现滤波器的btm只能通过修改硬件电路来调整滤波器参数，本发明能够通过配置的方式修改滤波器参数，提升产品的可维护性；
34.以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。