一种基于时频分析的BTM频谱智能测试系统的制作方法

本发明涉及铁路信号，更具体的说是涉及一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统。

背景技术：

1、应答器传输模块(btm)是安全点式信息传输系统，btm设备由btm主机和车载天线两部分组成，主要用于对应答器报文的接收、滤波、数字解调与处理以及相关数据的传输，并与列车车载核心设备进行通信，实现将地面设备向车载设备的信息传输。随着铁路事业的迅速发展，列车控制系统的应用也越来越广泛，应答器传输系统作为列车控制系统的核心组成部分，对保障列车运行安全具有重要意义。

2、但是，列车在实际运行中，存在很多容易产生电磁干扰的情况，如受电弓、开关电源等操作，电缆或天线设备附近大功率设备其电流变化导致的空间电磁干扰，以及地面轨旁其他原因造成的空间串扰，这些干扰信号通过空间电磁场进行传播耦合。在应答器电路信号传输过程中，由于噪声、电磁干扰等导致应答器上行链路信号有时无法正确译码，对列车正确行驶带来隐患。目前出现干扰信号导致应答器丢失问题时，需使用示波器在现场对信号能量进行人工采集，受限于跑车环境，干扰信号出现频率等问题，信号采集往往费时费力，故障难以复现，干扰源难以查找。

3、因此，如何对应答器传输模块工作电磁环境的噪声水平进行监测、记录和分析是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，从而实时记录与分析btm天线接收到的信号频谱数据，并对频谱进行自动分析，对于非应答器信号的干扰信号给出报警提示信息，同时检测无电状态下btm设备电磁环境。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开了一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，包括：btm设备主机、btm天线、频谱记录分析装置；所述btm设备主机和所述频谱记录分析装置均与所述btm天线信号连接，同时接收应答器发出的上行链路信号；

4、所述频谱记录分析装置对接收到的所述上行链路信号进行实时频谱分析并展示；所述频谱记录分析装置根据所述btm设备主机的工作状态以及发送的应答器报文数据参数，判断是否记录原始上行链路信号数据；所述频谱记录分析装置利用机器学习算法模型对干扰信号进行分析，获取干扰信号特征并发送至所述btm设备主机；

5、所述btm设备主机根据所述干扰信号特征进行信号处理，滤除干扰信号。

6、进一步的，所述报文数据参数包括字节数、误码率，原始上行链路信号经报文校验、译码后得到有用报文，若有用报文字节数小于3000，且有用字节数占比低于20％，则认为存在干扰信号。

7、进一步的，所述频谱记录分析装置包括：主机控制模块、波形处理模块、电源管理模块、数据记录模块、数据通信模块；

8、所述主机控制模块，通过所述数据通信模块与所述btm设备主机之间进行通信，接收所述btm设备主机发送的报文数据参数，根据设定阈值判断上行链路信号是否存在干扰信号；所述主机控制模块，通过所述数据通信模块与外接设备数据连接，上传所述数据记录模块中存储的原始上行链路信号数据；并下载训练好的机器学习算法模型；

9、所述主机控制模块与所述电源管理模块连接，根据所述电源管理模块的供电模式，判断所述btm设备主机的工作状态，选择工作模式；

10、所述波形处理模块，接收btm天线的原始上行链路信号，对设定带宽内的信号进行频谱分析，并实时显示；

11、所述电源管理模块包括外接电源接口和充电电池，通过外接供电模式或者电池供电模式为所述主机控制模块、波形处理模块、数据记录模块、数据通信模块供电；

12、所述数据记录模块，根据所述主机控制模块指令，按设定的采样率对原始上行链路信号进行采样并压缩存储。

13、进一步的，通过以下方式判断是否记录原始上行链路信号数据：

14、所述电源管理模块采用电池供电模式时，所述主机控制模块控制频谱记录分析装置进入环境噪声测试模式，实时记录第一频率范围内的信号波形；

15、所述电源管理模块采用外接供电模式时，所述主机控制模块根据所述频谱分析后得到的波形中第二频率范围内的信号幅值，判断是否接收到上行链路信号；若未接收到上行链路信号，则继续监测信号波形；若接收到上行链路信号，则判断是否存在干扰信号；若未存在干扰信号则继续监测信号波形；若存在干扰信号，则向所述数据记录模块发送指令，记录原始上行链路信号数据。

16、进一步的，所述机器学习算法模型通过以下方式获取：

17、通过离散小波变换将存在干扰的上行链路信号的波形向量分解到不同尺度，得到上行链路信号的时频分布特征数据，提取离散小波系数作为特征向量得到干扰信号样本特征数据，进而构建样本数据集；

18、利用bp神经网络对所述样本数据集进行训练，得到针对不同类型干扰信号的识别模型，从而识别不同干扰信号的持续时间、幅值、频率特征。

19、进一步的，所述构建样本数据集包括：对样本特征数据进行归一化处理；记录各干扰信号样本的持续时间、幅值和频率，并根据各样本的持续时间、幅值和频率对样本数据进行聚类，得到分类的样本数据。

20、进一步的，所述信号处理包括：调节信号衰减、调整信号增益和自适应滤波，具体为：

21、当干扰信号的持续时间大于设定阈值且幅值低于设定阈值，则通过调节信号衰减进行干扰信号滤除；

22、当干扰信号的持续时间小于设定阈值且幅值大于设定阈值，则通过调节调整信号增益进行干扰信号滤除；

23、当干扰信号的频率在设定频率范围内时，则通过自适应滤波进行干扰信号滤除。

24、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，将频谱测试、记录装置集成在btm设备主机上，简化设备空间，集成度高，频谱测试装置可与主机接口直接通信，方便分析结果实时反馈传输给btm主机，记录对应频谱信息，方便查找分析比较；可实现列车无电静态及有电动态运行过程中实时记录与分析btm天线接收到的信号频谱数据，并对频谱进行自动分析，对于非应答器信号的干扰信号，给出报警提示信息，同时监测无电环境下btm设备电磁场环境噪声，方便现场人员检测；利用机器学习得到时域频谱特征与干扰信号的关系，实时反馈给btm主机，从而自适应调整对信号的增益、滤波等处理，为btm设备自动有效滤除干扰信号提供优化方案；频谱记录分析装置可以灵活安装，可以作为板卡插入到btm主机机箱中，不占用额外空间，同时可以作为外接设备通过网线、串口数据、电源线线连接至btm主机实现相应功能。

1.一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，包括：btm设备主机、btm天线、频谱记录分析装置；所述btm设备主机和所述频谱记录分析装置均与所述btm天线信号连接，同时接收应答器发出的上行链路信号；

2.根据权利要求1所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，所述报文数据参数包括字节数、误码率，原始上行链路信号经报文校验、译码后得到有用报文，若有用报文字节数小于3000，且有用字节数占比低于20％，则认为存在干扰信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，所述频谱记录分析装置包括：主机控制模块、波形处理模块、电源管理模块、数据记录模块、数据通信模块；

4.根据权利要求3所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，通过以下方式判断是否记录原始上行链路信号数据：

5.根据权利要求1所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，所述机器学习算法模型通过以下方式获取：

6.根据权利要求5所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，所述构建样本数据集包括：对样本特征数据进行归一化处理；记录各干扰信号样本的持续时间、幅值和频率，并根据各样本的持续时间、幅值和频率对样本数据进行聚类，得到分类的样本数据。

7.根据权利要求1所述的一种基于时频分析的btm频谱智能测试系统，其特征在于，所述信号处理包括：调节信号衰减、调整信号增益和自适应滤波，具体为：