基于DSP的轨道移频信号解调实现

　　文中采用了单片DSP器件TMS32F2812，通过对轨道移频信号解调算法的研究，使设计系统具有集成度高、实时性好、抗干扰能力强和可靠性高等优点。

　　1 系统的整体设计

　　系统采用了TMS32F2812处理芯片，主频高达150 MHz，时钟周期为6.67 ns。2×8的ADC转换通道。SPI串口。两个1 kb×16 SARAM等模块，这些模块易于实现ADC的采样、主从控制芯片的数据交换和FFT变换所需要的大容量SARAM空间。

　　本系统总体设计如图1所示。采用双机热备，两路同时对调理后的FSK信号采样和解调，比较一致输出，这样可提高系统的可靠性。

　　

 

　　2 主要技术实现

　　2.1 信号调理

　　信号调理主要用低通滤波器，低通滤波器的设计使用的是MicroChip滤波器设计的软件FilterLab，该软件只需输入通带频率和滤波器的阶数，就可以生成相应的电路图，省去了滤波器设计中复杂的运算。图2所示是FilterLab软件生成的Butterworth低通滤波器，阶数为4，通带频率为4 000 Hz，图中给出了滤波器电容电阻的建议取值。

　　

 

　　2.2 信号采样设计

　　由于使用了TMS320F2812的内部A/D，在实际运用中，发现内部的A/D采样误差较大，最大可达9%，这样远达不到采样精度要求，需要通过软件校正。首先选用ADC的任意两个通道作为参考输入通道，并分别输入已知的直流参考电压，通过读取相应的结果寄存器获取转换值，利用两组输出值便可求得ADC模块得校正增益和校正偏置，然后利用这两个值对其他通道转换数据进行补偿。具体的补偿公式如式(3)～式(6)所示

　　

 

　　2.3 信号处理模块设计

　　信号处理模块主要由欠采样、FFT变换和Rife频率休整等部分组成，信号处理模块的流程如图3所示，其中搬移、滤波、抽取、FFT组成了Z—EFT。

　　

 

　　在FFT变换中使用的是TI的FFT函数库，FFT程序模块化，易于大数量FFT变换的修改，且运算速度快，执行效率高。FFT变换主要由模块初始化和FFT计算等组成。

　　进过FFT变换后，频率主瓣中存在两个采样点，中心频率必定介于这两点之间，使用Rife频率估计法进行频谱分析可得到精确的频率估计值。Rife频率估计法，就是用频谱的绝对值的最大值G(k)进行比较，在k=[0，(N-1)/2]中求得最大值的|G(k)|，比较|G(k-1)|和|G(k+1)|大小，若|G(k-1)|<|G(k+1)|，则α=-1，否则α=1，颛谱估计值如式(9)所示，其中，fs为采样频率

　　

 

　　3 实验数据分析

　　ZPW-2000A的低频和载频测量数据如表1所示。

　　

 

　　从测量数据看，载频频率误差在0.2 Hz以内，低频频率误差在0.02 Hz以内，精度高于铁道部的相关规定。

　　4 结束语

　　对ZPW-2000A的移频键控信号解调，对载频直接进行FFT变换，测出载频频率;然后进行搬移、滤波、FFT变换和Rife频率休整，解调出低频频率，这样解调出来的频率很高，且FFT算法用的TI的算法库，运行效率较高，实时性较强。本系统采用了双机热备，提高了设备的可靠性。