Using the Wavelet Decomposition Method for Monitoring of Amplitude-Manipulated Signals of Railway Automation
Loading...
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: In railway signaling systems, some parameters required for monitoring and controlling train movements are transmitted using amplitude shift keying (ASK) signals. ASK signals are more often used in railway automated systems due to their simpler generation by contact transmitters, but such signals have a low level of immunity and interference in them can lead to incorrect op-eration of railway signaling systems. The efficiency of using the signal decomposition method by wavelet transform to reveal distortions for continuous ASK railway signals have been investi-gated in the work.
Simulated signals were generated as a pure ASK signals with a carrier frequency of 420 Hz and a modulation frequency of 8 Hz, as well as five variants of the original signal with disturb-ances in the form of signals with distorted signal shape, signals with swells, signals with sags, signals with 50 Hz interferences, and signals with sharp pulses .
The signal segments of ten periods were decomposed using a five-level wavelet packet trans-form (WPT). For all investigated signals, the distortions or interferences in them lead, not only to changes in distribution of partial energies at the nodes, but also to the appearance of strong differences in the form of oscillations of the WPT coefficients.
The variations in WPT coefficients in low-frequency nodes reflect changes in the waveform due to pulse distortion, sags, swells, etc.
The obtained results confirm the efficiency of using the wavelet decomposition method in or-der to detect distortions in the ASK continuous railway signals.
UK: У системах залізничної сигналізації деякі параметри, необхідні для контролю і управління рухом поїздів, передаються з використанням сигналів амплітудної маніпуляції (АМ). Такі сигнали частіше використовуються в залізничних автоматизованих системах через їх більш просту генерацію контактними пристроями, але разом з тим, такі сигнали мають низький рівень завадостійкості, і завали в них можуть привести до неправильної роботи залізничних сигнальних систем. В роботі досліджено ефективність використання методу розкладання сигналів за допомогою вейвлет-перетворення для виявлення спотворень безперервних АМ сигналів залізничної автоматики. Імітаційні сигнали генерувалися в вигляді АМ сигналів з частотою 420 Гц і частотою маніпуляції 8 Гц, а також у вигляді п'яти варіантів вихідного сигналу із завадами у вигляді сигналів із спотвореною формою імпульсів, сигналів з викидами, сигнали з провалами, сигналів з інтерференцією 50 Гц і сигналів з гострими імпульсами.
RU: В системах железнодорожной сигнализации некоторые параметры, необходимые для контроля и управления движением поездов, передаются с использованием сигналов амплитудной манипуляции (АМ). Такие сигналы чаще используются в железнодорожных автоматизированных системах из-за их более простой генерации контактными устройствами, но вместе с тем, такие сигналы имеют низкий уровень помехоустойчивости, и помехи в них могут привести к неправильной работе железнодорожных сигнальных систем. В работе исследована эффективность использования метода разложения сигналов с помощью вейвлет-преобразования для выявления искажений непрерывных АМ сигналов железнодорожной автоматики. Имитационные сигналы генерировались в виде АМ сигналов с несущей частотой 420 Гц и частотой манипуляции 8 Гц, а также в виде пяти вариантов исходного сигнала с помехами в виде сигналов с искаженной формой импульсов, сигналов с выбросами, сигналы с провалами, сигналов с интерференцией 50 Гц и сигналов с острыми импульсами. Сегменты сигналов длительностью десять периодов были разложены с использованием пятиуровневого вейвлет-пакетного преобразования. Для всех исследованных сигналов искажения или помехи в них приводят не только к изменениям в распределении парциальных энергий в узлах, но и к появлению сильных различий в форме колебаний коэффициентов разложения. Изменения коэффициентов вейвлет-разложения в низкочастотных узлах отражают изменения формы волны из-за искажения импульса, провала или вспучивания сигнала. Полученные результаты подтверждают эффективность использования метода вейвлет-разложения для выявления искажений в непрерывных железнодорожных АМ сигналах.
UK: У системах залізничної сигналізації деякі параметри, необхідні для контролю і управління рухом поїздів, передаються з використанням сигналів амплітудної маніпуляції (АМ). Такі сигнали частіше використовуються в залізничних автоматизованих системах через їх більш просту генерацію контактними пристроями, але разом з тим, такі сигнали мають низький рівень завадостійкості, і завали в них можуть привести до неправильної роботи залізничних сигнальних систем. В роботі досліджено ефективність використання методу розкладання сигналів за допомогою вейвлет-перетворення для виявлення спотворень безперервних АМ сигналів залізничної автоматики. Імітаційні сигнали генерувалися в вигляді АМ сигналів з частотою 420 Гц і частотою маніпуляції 8 Гц, а також у вигляді п'яти варіантів вихідного сигналу із завадами у вигляді сигналів із спотвореною формою імпульсів, сигналів з викидами, сигнали з провалами, сигналів з інтерференцією 50 Гц і сигналів з гострими імпульсами.
RU: В системах железнодорожной сигнализации некоторые параметры, необходимые для контроля и управления движением поездов, передаются с использованием сигналов амплитудной манипуляции (АМ). Такие сигналы чаще используются в железнодорожных автоматизированных системах из-за их более простой генерации контактными устройствами, но вместе с тем, такие сигналы имеют низкий уровень помехоустойчивости, и помехи в них могут привести к неправильной работе железнодорожных сигнальных систем. В работе исследована эффективность использования метода разложения сигналов с помощью вейвлет-преобразования для выявления искажений непрерывных АМ сигналов железнодорожной автоматики. Имитационные сигналы генерировались в виде АМ сигналов с несущей частотой 420 Гц и частотой манипуляции 8 Гц, а также в виде пяти вариантов исходного сигнала с помехами в виде сигналов с искаженной формой импульсов, сигналов с выбросами, сигналы с провалами, сигналов с интерференцией 50 Гц и сигналов с острыми импульсами. Сегменты сигналов длительностью десять периодов были разложены с использованием пятиуровневого вейвлет-пакетного преобразования. Для всех исследованных сигналов искажения или помехи в них приводят не только к изменениям в распределении парциальных энергий в узлах, но и к появлению сильных различий в форме колебаний коэффициентов разложения. Изменения коэффициентов вейвлет-разложения в низкочастотных узлах отражают изменения формы волны из-за искажения импульса, провала или вспучивания сигнала. Полученные результаты подтверждают эффективность использования метода вейвлет-разложения для выявления искажений в непрерывных железнодорожных АМ сигналах.
Description
V. Havryliuk: ОRCID 0000-0001-9954-4478
Keywords
electromagnetic disturbances, railway signalization, wavelet transform, wavelet decomposition, електромагнітні завади, залізнична сигналізація, вейвлет перетворення, вейвлет розкладання сигналу, электромагнитные помехи, железнодорожная сигнализация, вейвлет преобразование, вейвлет разложение сигнала, КАТ
Citation
Havryliuk, V. I. Using the Wavelet Decomposition Method for Monitoring of Amplitude-Manipulated Signals of Railway Automation // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті.– 2018. – № 16. – С. 17–23. – DOI: 10.15802/ecsrt2018/172533.