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基于多核DSP的超声断轨实时检测系统
| 论文题名： | 基于多核DSP的超声断轨实时检测系统 |
| 关键词： | 钢轨断轨;实时检测系统;超声导波;脉冲压缩;能量频谱 |
| 摘要： | 我国铁路运输目前是国民经济命脉中重要的一环，其安全性关乎着我们每一个人的生命财产和利益。钢轨长期露天暴露，在机车车轮反复滚动下容易断裂。因此，如何提高钢轨断轨检测的实时性、准确性和稳定性便是一项重要的研究课题。 本文提出了一种基于多核DSP的超声断轨实时检测系统。根据超声导波传播的特性，针对传统单脉冲激励检测距离分辨力低的问题，引入二相编码中的Barker编码作为发射信号调制方式来提升发射信号的平均功率。针对现有特征信号处理方式存在的问题，根据多核DSP特性，提出多算法多核并行处理分析接收特征信号的信号处理模式。首先，为保证特征信号在长距离检测中的分辨力，选用匹配滤波器作为脉冲压缩方法对接收信号进行处理，通过Matlab仿真分析验证其可行性，针对脉冲压缩结果存在距离旁瓣可能会影响检测结果的问题，提出加窗函数和对匹配滤波器进行改进两种方法进行旁瓣抑制。通过Matlab对不同种窗函数的特性以及仿真效果进行对比，选择布莱克曼窗作为加窗方式；对比加权匹配滤波器和最小二乘逆滤波器的旁瓣抑制效果，最终选择加权匹配滤波器作为匹配滤波改进方法。在仿真环境下，改进后的脉冲压缩结果主瓣峰值几乎不受影响，旁瓣峰值水平降低了28.14dB。其次，考虑到断轨检测在列车通过时受到的影响，为了进一步增加整个系统的实时性和可靠性，提出能量频谱分析算法处理信号来辅助断轨检测判断。最终，结合脉冲压缩算法以及能量频谱分析算法，设计出对接收信号两种算法并行处理分析的信号处理模式进行断轨检测。 论文完成了系统软硬件设计，并进行了现场实验，实验结果表明，脉冲压缩算法能够有效提升超声导波接收特征信号的幅度和检测分辨力，结合能量频谱分析，能够有效实时地判断出轨道处于空闲、占用和断轨中哪一种状态。 |
| 作者： | 张羽含 |
| 专业： | 电路与系统 |
| 导师： | 杨媛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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