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欧洲应答器报文实时编码及测试平台的研究

作　者: 孙萍
导　师: 单冬
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 欧洲应答器实时编码列控中心 FPGA 测试平台
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 177次
引　用: 3次
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内容摘要

应答器是点式传递信息的设备,作为一种信息传输的媒介它已被广泛应用于航海、航天、通信和军事等领域。20世纪70年代应答器开始被应用到列车控制系统中,主要用于向车载设备传输大量数据信息保证列车安全行驶。鉴于欧洲应答器技术的先进性并结合当前国内铁路的实际情况,我国引进并吸收了欧洲列车控制系统中欧洲应答器的相关技术并将其应用于CTCS。掌握欧洲应答器报文编码技术是实现欧洲应答器技术在我国成功应用的关键之一,目前我国均采用预先编码的方式来生成编码报文,但是随着铁路运营需求的增长,这种现有的报文编码方式已不能满足需求,铁道部为此提出了采用实时动态的编码方式生成应答器报文。因而欧洲应答器报文实时编码的研究具有重要的现实意义和实用价值。本文首先介绍了欧洲应答器技术及其在CTCS中的应用,描述了应答器报文编码策略,然后着重分析了报文编码的算法原理,对编码算法的关键步骤设计了快速算法,并采用软件的方式实现了报文编码,验证和分析了算法的正确性和算法效率。实验结果表明软件实现编码效率较低,无法满足实时编码的要求,因此考虑采用硬件来实现实时编码。本文给出了一种基于FPGA的报文实时编码的完整方案,然后根据欧洲应答器编码策略,在QuartusⅡ设计平台上实现了报文的编码设计输入并进行了综合仿真分析,验证了设计的正确性。最后为了全面测试整个实时编码模块的功能和性能,本文采用模拟TCC的方法设计了具有报文译码,通信等功能的仿真测试平台。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
英文缩写名词英汉对照表  11-13
1 引言  13-20
  1.1 列车运行控制系统概述  13-15
    1.1.1 列车运行控制系统的发展  13
    1.1.2 欧洲列车控制系统ETCS  13-14
    1.1.3 中国列车控制系统CTCS  14-15
  1.2 欧洲应答器技术  15-18
    1.2.1 欧洲应答器传输系统  15-17
    1.2.2 欧洲应答器技术在CTCS中的应用  17-18
  1.3 选题意义  18-19
  1.4 论文主要内容与组织结构  19-20
2 欧洲应答器报文编码策略及软件实现  20-33
  2.1 欧洲应答器报文格式  20-21
  2.2 报文编码策略  21-24
    2.2.1 数据扰乱  21-22
    2.2.2 数据转换  22-23
    2.2.3 校验位计算  23
    2.2.4 候选报文测试  23-24
  2.3 FFFS编码策略分析  24-26
  2.4 报文编码的软件实现  26-32
    2.4.1 软件总体设计  27-28
    2.4.2 各模块算法设计  28-31
    2.4.3 设计验证与分析  31-32
  2.5 本章小结  32-33
3 应答器报文实时编码的设计  33-41
  3.1 总体结构设计  33-35
    3.1.1 与列控中心(TCC)的连接方式  33-34
    3.1.2 内部模块划分及接口  34
    3.1.3 功能设计  34-35
  3.2 与TCC的通信设计  35-40
    3.2.1 通信协议的选择  35-38
    3.2.2 正常情况下的通信交互  38
    3.2.3 通信延迟的处理  38-40
  3.3 运行设计  40
    3.3.1 实时编码模块的启动  40
    3.3.2 实时编码模块的复位  40
  3.4 本章小结  40-41
4 实时编码的FPGA设计与实现  41-61
  4.1 FPGA简介  41-43
    4.1.1 FPGA的结构与特点  41-42
    4.1.2 Cyclone II系列FPGA介绍  42-43
  4.2 VHDL简介  43-45
    4.2.1 VHDL特点  43-44
    4.2.2 基于VHDL的有限状态机  44-45
  4.3 基于FPGA的编码设计  45-54
    4.3.1 顶层控制模块  46-47
    4.3.2 数据读入模块  47-49
    4.3.3 数据扰乱模块  49-50
    4.3.4 数据转换模块  50-51
    4.3.5 数据校验模块  51-52
    4.3.6 报文测试模块  52-53
    4.3.7 数据输出模块  53-54
  4.4 综合仿真分析  54-60
    4.4.1 编译、综合与仿真  54-56
    4.4.2 仿真结果分析  56-60
  4.5 本章小结  60-61
5 实时编码测试平台的设计与实现  61-77
  5.1 测试平台需求描述  61-63
    5.1.1 报文译码功能  61-63
    5.1.2 通信功能  63
  5.2 平台硬件环境  63-64
  5.3 平台软件实现  64-76
    5.3.1 报文读取模块  64-65
    5.3.2 界面显示模块  65-66
    5.3.3 译码模块  66-67
    5.3.4 通信模块  67-74
    5.3.5 日志模块  74-76
  5.4 本章小结  76-77
6 结论与展望  77-79
  6.1 论文工作总结  77
  6.2 进一步的研究与展望  77-79
参考文献  79-81
附录欧标测试用例  81-84
作者简历  84-86
学位论文数据集  86

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