CN115208493B - 一种基于手持终端的地铁cbtc信号检测方法、***及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法、***及装置，该方法包括：采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据。该***包括：射频采集模块、基带解析模块和手持终端。该装置包括存储器以及用于执行上述基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法的处理器。通过使用本发明，能够实现信号解析和干扰定位，及时排查干扰和发现问题。本发明作为一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法、***、装置及存储介质，可广泛应用于信号监测领域。

Description

一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法、***及装置
技术领域
本发明涉及信号监测领域，尤其涉及一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法、***及装置。
背景技术
基于无线通信的列车自动控制***(Communication Based Train ControlSystem)是轨道交通通信控制***的中枢，对于轨道交通安全运营至关重要。CBTC无线信号主要采用2.4G和1.8G频段，其中2.4G频段是开放频段，易受到WiFi、蓝牙或无人机等民用无线通信设备的影响；同时1.8G频段是行业频段，非地铁专用，易受运营商基站邻频干扰。地铁CBTC无线信号检测的传统测试仪表主要是频谱分析仪，只能显示无线环境的频谱波形，不能进行信号解析和干扰定位，无法及时排查干扰和发现问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法、***及装置，能够实现信号解析和干扰定位，及时排查干扰和发现问题。
本发明所采用的第一技术方案是：一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法，包括以下步骤：
采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据。
进一步，所述采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据这一步骤，其具体包括：
根据无线通信***的制式要求，按照特定的中心频率和采样速率，采集CBTC无线信号；
对CBTC无线信号进行转换处理，得到基带数据；
上传基带数据并存储。
进一步，所述根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据这一步骤，其具体包括：
根据制式的特性，对基带数据进行帧同步，确定无线帧的起始位置；
以无线帧起始位置为基准，利用导频信号进行信道估计，得到信道估计的结果；
根据信道估计的结果和制式的特性，对基带数据中载荷数据部分进行解调及解码，得到原始数据。
进一步，所述信道估计的计算公式如下：
上式中，表示信道估计值，X*表示矩阵的共轭转置，X表示发射端导频信号，Y表示接收信号。
进一步，解调公式表示如下：
上式中，I表示单位阵，σ2表示信道噪声平均功率，S表示接收到的信号。
进一步，所述响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据这一步骤，其具体包括：
根据用户需要设置检测参数并启动线程；
通过线程启动socket连接CBTC无线信号解析服务并获取原始数据；
通过线程回调函数将原始数据发送到消息队列；
基于消息队列处理程序捕捉到原始数据，对原始数据进行清洗和处理，得到处理后的数据；
基于线程回调函数将处理后的数据发送至父进程进行信号展示。
进一步，所述对原始数据进行清洗和处理具体包括：
对原始数据中的输入信号进行傅立叶变换，得到输入信号的频谱数据；
对原始数据中的输入信号进行基于动态增益的信号偏移修正，得到修正后的数据。
本发明所采用的第二技术方案是：一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测***，包括：
射频采集模块，用于按照预设中心频率和和采样速率采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
基带解析模块，用于根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
手持终端，响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据。
本发明所采用的第三技术方案是：一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法。
本发明方法、***及装置的有益效果是：本发明先通过射频采集模块完成CBTC无线信号测量，再通过基带解析模块实现信号解析，最后通过手持终端APP软件进行CBTC无线信号检测结果展示，不仅可以实现频谱分析仪的频谱扫描功能，同时可以实现信号解析和干扰定位，及时排查干扰和发现问题，从而克服传统测试仪表频谱分析仪的不足。
附图说明
图1是本发明一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法的步骤流程图；
图2是本发明一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测***的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
如图1所示，本发明提供了一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
S1.1、根据无线通信***的制式要求，按照特定的中心频率和采样速率，采集CBTC无线信号；
S1.2、对CBTC无线信号进行转换处理，得到基带数据；
S1.3、上传基带数据并存储。
具体地，根据不同无线通信***制式要求，采用通过软件无线电硬件模块，按照特定的中心频率和采样速率，将无线通信信号转换为基带数据，并通过存储在本地存储单元中或者通过网络发送到远程存储单元中。
S2、根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
S2.1、根据制式的特性，对基带数据进行帧同步，确定无线帧的起始位置；
具体地，可支持的无线通信制式包括：802.11系列和LTE-M。
S2.2、以无线帧起始位置为基准，利用导频信号进行信道估计，得到信道估计的结果；
具体地，信道估计的方法可采用常用算法，如最小二乘法(LS)，所述信道估计的计算公式如下：
上式中，表示信道估计值，X*表示矩阵的共轭转置，X表示发射端导频信号，Y表示接收信号。
S2.3、根据信道估计的结果和制式的特性，对基带数据中载荷数据部分进行解调及解码，得到原始数据。
解调算法可采用经典的MMSE算法，假设在数据段接收信号为S，则对数据段的解调结果可表示为：
上式中，I表示单位阵，σ2表示信道噪声平均功率，S表示接收到的信号。
解码算法需要根据协议规范，选择经典的维特比解码或者迭代译码算法。
具体地，根据CBTC不同的制式，对存储的基带数据进行解析。首先，根据不同制式的特性，对无线基带数据进行帧同步，确定无线帧的起始位置；再以无线帧起始位置为基准，利用导频信号或者同步信号进行信道估计；根据信道估计的结果，根据不同制式标准对载荷数据部分进行解调及解码，恢复出原始数据。
S3、响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据。
S3.1、根据用户需要设置检测参数并启动线程；
具体地，启动手持终端APP程序，获取CBTC无线信号检测设置参数，初始化界面，并启动相关线程。
S3.2、通过线程启动socket连接CBTC无线信号解析服务并获取原始数据；
具体地，线程启动socket连接CBTC无线信号解析服务(ZeroMQ协议)，通过轮询接收方法监听在端口获取数据。
S3.3、通过线程回调函数将原始数据发送到消息队列；
具体地，通过线程回调函数将采集到的数据发送到消息队列。
S3.4、基于消息队列处理程序捕捉到原始数据，对原始数据进行清洗和处理，得到处理后的数据；
具体地，消息队列处理程序捕捉到采集数据消息后，对原始数据进行清洗和处理，包括FFT、镜像处理、干扰过滤和AGC等的处理。
S3.4.1、对原始数据中的输入信号进行傅立叶变换，得到输入信号的频谱数据；
具体地，公式表示如下：
B＝FFT(Y[real]，Y[imag])
上式中，Y表示输入信号，Y[real]表示实部信号，Y[imag]表示虚部信号。
S3.4.2、对原始数据中的输入信号进行基于动态增益的信号偏移修正，得到修正后的数据。
具体地，公式表示如下：
OUT[i]＝B[i]-AGC+OFFSET
上式中，AGC表示数据采样的动态增益，OFFSET表示信号偏移量，B[i]表示输入信号，OUT[i]表示输入信号。
B[i]信号通过修正后，输出最终的OUT[i]信号。
S3.5、基于线程回调函数将处理后的数据发送至父进程进行信号展示。
具体地，处理好的数据通过回调函数发送到父进程(APP界面程序)，用于频谱数据、解码数据的显示。
S3.6、循环步骤S3.1～S3.5，实时获取数据并展示。
具体地，手持终端的APP程序自动循环重复上述步骤，保证测量数据的实时获取和显示。
如图2所示，一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测***，包括：
射频采集模块，用于按照预设中心频率和和采样速率采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
基带解析模块，用于根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
手持终端，响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据。
上述方法实施例中的内容均适用于本***实施例中，本***实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测装置：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法。
上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于：所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如上所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法。
上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据；
所述采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据这一步骤，其具体包括：
根据无线通信***的制式要求，按照特定的中心频率和采样速率，采集CBTC无线信号；
对CBTC无线信号进行转换处理，得到基带数据；
上传基带数据并存储；
所述根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据这一步骤，其具体包括：
根据制式的特性，对基带数据进行帧同步，确定无线帧的起始位置；
以无线帧起始位置为基准，利用导频信号进行信道估计，得到信道估计的结果；
根据信道估计的结果和制式的特性，对基带数据中载荷数据部分进行解调及解码，得到原始数据；
所述信道估计的计算公式如下：
上式中，表示信道估计值，X*表示矩阵的共轭转置，X表示发射端导频信号，Y表示接收信号；
所述响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据这一步骤，其具体包括：
根据用户需要设置检测参数并启动线程；
通过线程启动socket连接CBTC无线信号解析服务并获取原始数据；
通过线程回调函数将原始数据发送到消息队列；
基于消息队列处理程序捕捉到原始数据，对原始数据进行清洗和处理，得到处理后的数据；
基于线程回调函数将处理后的数据发送至父进程进行信号展示。
2.根据权利要求1所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法，其特征在于，解调公式表示如下：
上式中，I表示单位阵，σ2表示信道噪声平均功率，S表示接收到的信号。
3.根据权利要求2所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法，其特征在于，所述对原始数据进行清洗和处理具体包括：
对原始数据中的输入信号进行傅立叶变换，得到输入信号的频谱数据；
对原始数据中的输入信号进行基于动态增益的信号偏移修正，得到修正后的数据。
4.一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测***，其特征在于，包括：
射频采集模块，用于按照预设中心频率和采样速率采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据；
基带解析模块，用于根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据；
手持终端，响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据；
所述采集CBTC无线信号并转换，得到基带数据，其具体包括：根据无线通信***的制式要求，按照特定的中心频率和采样速率，采集CBTC无线信号；对CBTC无线信号进行转换处理，得到基带数据；上传基带数据并存储；
所述根据制式的特性对基带数据进行解析，得到原始数据，其具体包括：根据制式的特性，对基带数据进行帧同步，确定无线帧的起始位置；以无线帧起始位置为基准，利用导频信号进行信道估计，得到信道估计的结果；根据信道估计的结果和制式的特性，对基带数据中载荷数据部分进行解调及解码，得到原始数据；
所述信道估计的计算公式如下：
上式中，表示信道估计值，X*表示矩阵的共轭转置，X表示发射端导频信号，Y表示接收信号；
所述响应于采集数据消息，对原始数据进行清洗和处理，并展示处理后的数据，其具体包括：根据用户需要设置检测参数并启动线程；通过线程启动socket连接CBTC无线信号解析服务并获取原始数据；通过线程回调函数将原始数据发送到消息队列；基于消息队列处理程序捕捉到原始数据，对原始数据进行清洗和处理，得到处理后的数据；基于线程回调函数将处理后的数据发送至父进程进行信号展示。
5.一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-3任一项所述一种基于手持终端的地铁CBTC信号检测方法。
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