【正文】 可實現(xiàn)可配置LUT和4Kbit同步雙口RAM。它含有查找表（LUT），乘積項（productterm）邏輯和嵌入式存儲器。嵌入式存儲器可用來實現(xiàn)各種存儲器功能，如FIFO，雙口RAM和 內(nèi)容尋址存儲器（contentaddressable memories）。內(nèi)有鎖相回路，因而可設(shè)計成靈活的時鐘管理電路，也支持PCI總線接口。前者用于低速場合，后者用于高速場合。在現(xiàn)有的DSP方案中，利用FPGA中陣列乘法的分布式算術(shù)運算，可以將數(shù)據(jù)的帶寬、流量提高幾個數(shù)量級。對FPGA進行編程，可使其完成任意多個并行通道的任務(wù)，這些操作可以包含簡單和復(fù)雜功能構(gòu)成的任意組合，如加法器、桶型移位器、計數(shù)器、相乘和累加、比較器和相關(guān)器等。若需要將多個時鐘周期的很多計算功能放到FPGA中，DSP芯片則主要完成單時鐘的算法功能。FPGA和通用DSP的組合達到的數(shù)據(jù)流量比兩個或多個并行DSP器件要高幾個數(shù)量級，與多個DSP或一個ASIC相比，F(xiàn)PGA/DSP的實現(xiàn)基于更大的靈活性，而且效益更好。對左右鋼軌斷面圖像提取頂點、軌距點的坐標(biāo)值，即可得到被測左右軌距點的偏移量，如圖13所示。圖14 GJ4型軌檢車原軌距吊梁圖15 改造后系統(tǒng)的軌距梁圖16 改造后的系統(tǒng)實物圖 軌向合成原理軌向加速度計響應(yīng)： (1)式中為軌距梁的中點， 為軌距梁相對于地面的傾角。右軌向：= cos()+(+C)。在原四型車中，由于軌距吊梁安裝于軸箱上，很小，近似認(rèn)為軌距梁所在平面和軌道平面平行，即軌道的傾角就是梁的側(cè)滾角，而軌向的測量平面和軌距梁所在平面平行，cos()近似為一，可以不做該修正；對于安裝于構(gòu)架上的安全梁，軌向的測量平面和軌距梁所在平面并不平行；要將投影到軌向的測量平面，其投影為*cos()；則通過上述公式即可測得左右軌向。由此可看出，其幅頻特性在空域內(nèi)隨列車的速度的不同而改變，圖17為當(dāng)列車速度為18km/h、36km/h、144km/h其空域的幅頻特性圖。然后對軌向加速度進行解偏濾波，其傳遞函數(shù)為：其幅頻響應(yīng)為：式中為取樣間隔，圖18為分別取1/1021/511/256是的幅頻特性。前面提到，模擬二階低通濾波器的幅頻特性在空域內(nèi)隨列車的速度的不同而改變，我們必須再進行與該模擬濾波相對應(yīng)的數(shù)字補償濾波G(z)，使得加速度計的模數(shù)混合濾波在我們所測量的空間頻率范圍內(nèi)與速度無關(guān)。關(guān)于G(z)設(shè)計這里不作詳細(xì)討論，主要遵循以下原則： 圖17 模擬低通濾波器F(s)在不同速度下的幅頻特性圖18 糾偏濾波器的幅頻特性(1) 確定數(shù)字濾波器的形式：從濾波器的穩(wěn)定性和便于計算的角度出發(fā)，一般取階數(shù)與模擬濾波器相同的FIR濾波器。近似準(zhǔn)則一般為：l S平面與z平面零極點相消的準(zhǔn)則l 在頻率軸（模擬域）或單位園（數(shù)字域）通帶內(nèi)確定若干點，令這些點處的值為理想值l 用計算機優(yōu)化方法設(shè)計，而最優(yōu)的準(zhǔn)則又是多種多樣的。其幅頻響應(yīng)為：圖19為其18km/h、36km/h、144km/h在不同速度下的幅頻特性，圖20為加速度經(jīng)過模擬濾波F(s) 與數(shù)字濾波G(z)后的混合特性。經(jīng)過混合濾波后，即可進行重力及梁的旋轉(zhuǎn)修正，得到軌距梁中心點的加速度。如圖21所示：圖19 不同速度下數(shù)字補償濾波G(z)的幅頻特性圖20 不同速度下模擬濾波F(s)和數(shù)字補償濾波G(z)的混合幅頻特性 圖21 FFD和加速度的關(guān)系對于速度： 對于加速度： (1)對于FFD(一階差分)：FFD()=對于SFD(二階差分):SFD()=FFD()FFD()= (2)由(1)、(2)可得： SFD()。該結(jié)果仍然包含有我們不期望長波成分，再經(jīng)過高通濾波器U(z)，得到我們所需要的結(jié)果。在0dB點的截止波長為83，在3dB點的截止波長約為116。經(jīng)與哈爾濱局GJ4型軌檢車波形圖對比，其軌向?qū)Ρ惹闆r良好，取得了滿意的結(jié)果，同時得到了哈爾濱局的認(rèn)可和好評。是一種科學(xué)的、切實可行的、較低成本的解決方案。第二部分是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，分為超限編輯計算機和波形圖顯示計算機。網(wǎng)絡(luò)硬件選型設(shè)計，這里采用了RS422串行通訊，此種協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸率高，抗干擾能力強，最大傳輸率可達10Mbps，QNX主機與波形計算機之間的數(shù)據(jù)量較大，以160km/h車速計算，數(shù)據(jù)流量為200kbps；QNX主機和編輯機之間數(shù)據(jù)流量小于10Kbps，因此采用RS422串行通訊速度滿足要求。編碼形式以0兩字節(jié)作為同步編碼開始，隨后為兩字節(jié)一單位的數(shù)據(jù)編碼，數(shù)據(jù)中出現(xiàn)10時作重復(fù)填充處理，經(jīng)測試系統(tǒng)能達到400km/h的處理速度且無數(shù)據(jù)丟失和出錯。局域網(wǎng)擴展性很強，利用TCP/IP協(xié)議可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳輸、用戶交互等多種功能。QNX主機原始數(shù)據(jù)模塊超限判定模塊422串口422串口波形圖顯示計算機編輯機其他用戶其他用戶交換機操作界面數(shù)據(jù)回放數(shù)據(jù)保存模塊 . 圖24 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由一臺波形計算機和一臺編輯計算機以及其他用戶組成的局域網(wǎng)加上HP8150高速打印機構(gòu)成。HP8150高速打印機用于波形圖紙的輸出和超限報表的輸出。波形圖顯示計算機編輯計算機其他用戶其他用戶交換機HP8150高速打印機圖25 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖26 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實物圖①波形顯示計算機波形顯示計算機主要是一臺穩(wěn)定的IBM工作站，該工作站安裝有波形顯示軟件，波形顯示軟件是用于運行過程中實時顯示或者事后回放波形的軟件，并能進行波形的對比、測量、實時打印等。整個界面分為波形顯示區(qū)（A）、參數(shù)顯示區(qū)（B）和公里顯示區(qū)（C）如圖27所示：圖27 波形圖軟件界面功能簡介：實時顯示功能：在運行檢測過程中，該軟件配合xed編輯軟件進行超限數(shù)據(jù)有效性判定；并且可以返回到已經(jīng)結(jié)束的波形圖，而不像熱敏儀手工查找的復(fù)雜性；并可在檢測過程中調(diào)整顯示的水平比例和垂直比例；該軟件還包括數(shù)據(jù)串口讀取模塊，并且在實時顯示過程中，將該次運行數(shù)據(jù)全部記錄為波形圖文件geo，可以用于事后調(diào)用分析。該軟件可實現(xiàn)熱敏儀的全部功能并加入了其他功能。波形對比功能：對于多次運行于同一條線路，用于軌檢車同向?qū)Ρ然騿尉€正向反向重復(fù)性對比，鄭州車在多次運行試驗中使用該功能進行重復(fù)性對比，也驗證了鄭州車經(jīng)過改造滿足技術(shù)要求，可用于實際檢測。在實際工作中，我們需要知道判定某點的最大最小值，而使用當(dāng)前測量無法精確定位于該點，使用極值測量，可以定位于所點位置前后十個點的最大或最小值。文件倒置功能：該功能可以配合波形對比功能使用，在單線進行正向反向重復(fù)性對比時，該功能可將對比文件倒置，使增里程變?yōu)闇p里程。打印功能：打印功能分為實時打印和選擇打印，實時打印在一邊檢測一邊實時打印波形圖，節(jié)省時間；選擇打印可以指定某幾公里或全部公里的圖紙輸出。波形圖的自動化使工務(wù)段可以合理分析其鐵路的質(zhì)量和查找超限位置帶來極大方便。并且操作有鼠標(biāo)和鍵盤多種選擇，使操作人員可以按照自己的習(xí)慣采用不同的操作方式。而每個記錄的字段包括項目、公里、米、峰值、長度、線性、速度等級、扣分這些指標(biāo)。同時，將所有超限數(shù)據(jù)存儲于Access數(shù)據(jù)庫中，以利于對數(shù)據(jù)進行分析、管理和再利用。圖31 GJ4型軌檢車209T轉(zhuǎn)向架原吊梁圖32 GJ4型軌檢車209HS轉(zhuǎn)向架原吊梁該方案軌檢車自95年開始至今已制造二十幾輛，配屬于鄭州、北京、上海等十二個鐵路局及鐵科院，在多年的運用中，GJ4型軌檢車均體現(xiàn)出良好的運行品質(zhì)及檢測性能，但隨著運行速度的提高，由于組裝于一系簧下的吊梁裝置受力工況惡劣，其出現(xiàn)過一些問題，因此結(jié)合此次鄭州局軌檢車軌檢裝置的改進（由軌局吊梁方式改為激光攝像方式），需對轉(zhuǎn)向架吊梁裝置結(jié)構(gòu)和懸掛方式及轉(zhuǎn)向架本身等進行改造，以滿足檢測要求及保證運用安全，現(xiàn)將改造技術(shù)方案介紹如下：軌檢車209T、209HS轉(zhuǎn)向架軌檢裝置均裝于四位軸處，二位轉(zhuǎn)向架均做相應(yīng)的改造，吊梁裝置懸掛于一、二系簧間的構(gòu)架上，吊梁裝置的結(jié)構(gòu)型式和懸掛方式均與已運用部軌檢車WX998947采用的完全一致。（2）由于吊梁裝置懸掛于二位構(gòu)架上，所以209T、209HS轉(zhuǎn)向架均需取消原裝于二位轉(zhuǎn)向架軸箱部位上的老吊梁裝置：縱向梁、橫梁、彈性節(jié)點、吊板、吊銷等。光電編碼器裝置采用與WX998947車一致的型號，接地裝置采用25T型車一致的型號。（6）高度閥加裝防護罩。2光電編碼器2軌檢裝置改造3接地裝置2軌檢裝置改造4吊梁裝置PCKZ3710001軌檢裝置改造5軸箱緩沖墊PCKZ33B200000416廠修改造6橡膠堆定位器PCKZ33C203000016廠修改造7軸箱彈簧PCKZ33C200000116廠修改造8導(dǎo)柱PCKZ33C202010016廠修改造9軸箱前蓋PCKZ1535024廠修改造10軸承SKF各8廠修改造11軸箱密封圈GB1235798廠修改造12橫向緩沖器PCKZ33C30000014廠修改造13搖枕吊PCKZ33C30200018廠修改造14高度閥調(diào)節(jié)桿19853114991014廠修改造15鎖緊圈PCKZ33B30200038廠修改造16防塵套PCKZ33B30200058廠修改造17吊軸PCKZ33B302000014廠修改造18枕吊堆PCKZ33C302020016廠修改造19牽引套PCKZ33A30401002廠修改造20抗側(cè)扭桿裝置PCKZ33B30402002廠修改造21空簧膠囊PCKZ2437094廠修改造22橡膠支承座PCKZ2437054廠修改造23節(jié)流閥JD型4廠修改造24密封圈PCKZ2437124廠修改造25空簧上膠墊PCKZ2437024廠修改造26旁承摩耗板PCKZ33C30600014廠修改造27牽引拉桿裝置PCKZ33C30900004廠修改造28單元缸6廠修改造29金屬膠管6廠修改造30閘片PCKZ24510012廠修改造31制動杠桿吊軸PCKZ33B50005006廠修改造32各圓銷、襯套廠修改造33速度傳感器3廠修改造34各緊固件廠修改造35彈簧托梁PCKZ33B30400002廠修改造注：除上述必?fù)Q件外，廠修改造用所需更換的其它配件需按部定廠修規(guī)程要求執(zhí)行。參照進口新型軌檢車驗收辦法，對鄭州局改造后的軌檢車進行測試和檢驗共分為三個階段： 系統(tǒng)精度檢驗通過軌檢車檢出的超限數(shù)據(jù)，到線路上對系統(tǒng)精度和各檢測項目間空間位置同步性進行對比，在充分考慮現(xiàn)場動靜態(tài)差異的情況下，驗證系統(tǒng)是否達到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。從軌檢車的測量結(jié)果中選取20處不同項目的超限，與工務(wù)段人員到現(xiàn)場進行現(xiàn)場復(fù)核，并進行數(shù)據(jù)分析和對比?？紤]檢測的動靜態(tài)差異以及手工測量中弦測法與軌檢車慣性基準(zhǔn)法原理上的差異，我們認(rèn)為改造后鄭州局軌檢車已達到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)要求。 系統(tǒng)重復(fù)性檢驗在同一條線路上使軌檢車以不同方向重復(fù)運行,比較同向運行和正反向運行檢測系統(tǒng)輸出波形的重復(fù)性情況。試驗結(jié)果如圖33341所示：這里使用了安裝于該軌檢車上的最新波形圖繪制和對比軟件。圖37 同向?qū)Ρ炔ㄐ螆D1圖38 同向?qū)Ρ炔ㄐ螆D2圖39 同向?qū)Ρ炔ㄐ螆D3圖40 正向運行波形圖圖41 反向運行波形圖 系統(tǒng)長途穩(wěn)定性檢驗在系統(tǒng)重復(fù)性充分驗證的基礎(chǔ)上，對檢測系統(tǒng)進行長途穩(wěn)定性檢驗。2003年12月24日至12月31日進行了鄭州局998416軌檢車4000公里長途穩(wěn)定性試驗，路線為北京－鄭州－成都往返，主要目的是測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測試系統(tǒng)在長距離檢測中存在的問題。系統(tǒng)的長途穩(wěn)定性和可靠性驗證得到了鄭州局的充分認(rèn)可。進一步提高我國軌道檢測的技術(shù)水平。建議在國內(nèi)其他GJ4型軌檢車上推廣使用，盡早實現(xiàn)對軌距吊梁式軌距軌向系統(tǒng)進行整體改造的目標(biāo)。根據(jù)各鐵路局軌檢車的不同狀況和需求，對以上內(nèi)容進行適當(dāng)調(diào)